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多组学技术服务与深度数据挖掘 · 从研究设计到实验验证的全流程支持
Stereo-seq · FFPE

Stereo-seq FFPE 解决方案

医院病理科里堆着的那些蜡块,本身就是一个样本库。FFPE 方案用带空间坐标的随机探针抓取切片里的 Total RNA——不用 PolyT,所以 mRNA 和非编码 RNA 一起收,降解过的石蜡样本也能出图,微生物和宿主的转录本还能在同一张片上分别看到。现在跑的是 FFPE V1.1:基因捕获效率比 V1.0 提升 50%~200%,有效数据利用率翻倍,还能和 FF 样本同批上机。

  • FFPE 蜡块 / 蜡片
  • 随机探针 · Total RNA
  • mRNA + non-coding RNA
  • FF / FFPE 同机混测
  • DV200 ≥ 30%
  • 无物种限制
50~200%FFPE V1.1 基因捕获效率提升幅度
100%有效数据利用率提升(相比 V1.0 翻倍)
500nm检测分辨率,实现空间单细胞水平分析
FF+FFPE同机两类样本同批上机,一张 T7 芯片双测
01

技术介绍

Stereo-seq FFPE 产品方案利用带有空间坐标信息的"随机探针",对 FFPE 样本组织细胞内的 Total RNA 分子进行原位捕获,并通过空间条形码(Coordinate ID,CID)还原回空间位置,实现单细胞分辨率全转录组空间表达图谱的构建。

用户可根据研究需求,在同一张组织切片上进行 H&E 染色或细胞核染色,结合分析工具,以单细胞级分辨率灵活开展多模态数据分析,助力临床科研深入理解疾病的发生与发展机制。

当前版本为 FFPE V1.1。相比 V1.0,这一版在四处做了升级:基因捕获效率提升 50%~200%(破解 FFPE 样本的"沉默黑匣")、有效数据利用率提升 100%、组织内外信号扩散优化(空间定位精度达纳米级),并首次支持 FF 与 FFPE 样本同批次测序——两类文库能在同一张 T7 测序芯片上同时检测,不再为"凑样"上机发愁。

研发测试指标FFPE V1.0FFPE V1.1
Total reads(M)866877
Bin20 Median Gene155420

* 测序量几乎持平(877 vs 866 M),Bin20 中位基因数从 155 提到 420——提升来自捕获与建库环节,不是靠加数据量堆出来的。

Stereo-seq FFPE 技术原理示意:带空间坐标的随机探针原位捕获石蜡切片 Total RNA,经空间条形码还原位置
随机探针原位捕获 FFPE 样本 Total RNA,空间条形码还原位置
02

技术优势

FFPE V1.1 这一版升级集中在四件事上:抓得更多、数据更少浪费、位置更准、上机更灵活。

50%~200%↑

基因捕获效率提升

破解 FFPE 样本"沉默黑匣",同样的测序量下拿到更多基因。

100%↑

有效数据利用率翻倍

优化建库流程与生信工具,从"有限信息"走到"全息图谱",并支持多组学联合分析。

nm级定位

信号扩散优化

针对 RNA 扩散造成的定位失真,从芯片探针与生化流程两端改善扩散。

FF+FFPE同机

一机双测

单张 T7 芯片可同时检测 FF 与 FFPE 来源的时空文库,提升上机灵活性。

优势 1

同张切片 H&E 或细胞核染色

可根据研究需求,选择在同一张组织切片上进行 H&E 染色或细胞核染色,实现多模态数据的获取与融合分析。病理形态和分子表达落在同一切面上,不需要在邻片之间做"近似对齐"。

同一张 FFPE 组织切片上完成 H&E 染色并显微成像,后续用于与空间转录组数据叠加
同片 H&E / 细胞核染色,多模态数据融合
优势 2

空间单细胞分析

检测分辨率达到 500 nm,可实现空间单细胞水平分析。石蜡样本过去常被当成"只能做区域"的将就选择,现在同样能落到细胞尺度。

FFPE 样本空间单细胞水平分析示意:组织区域划分到单细胞尺度的基因表达图谱
500 nm 分辨率,空间单细胞水平分析
优势 3

编码及非编码 RNA 共捕获

基于随机探针的技术原理,可同时实现 mRNA 和 non-coding RNA 的原位捕获。lncRNA 这类不翻译成蛋白、却常在肿瘤和免疫微环境里起调控作用的分子,也能一并拿到空间分布。

mRNA 与非编码 RNA 在同一张切片上共捕获的空间表达示意
随机探针路线:mRNA + non-coding RNA 同时捕获
优势 4

微生物与宿主共检测

可同时捕获微生物及其宿主的空间表达信息,进而探究宿主与微生物的互作关系。感染灶在哪、病原载量多少、周围宿主细胞怎么响应,可以放在同一张图上讨论。

微生物与宿主转录本在同一张切片上共检测的空间分布示意
微生物 + 宿主同片捕获,定位感染与宿主响应
优势 5

无物种限制

不仅可以应用于人和小鼠,也可对其他物种样本进行时空组学信息挖掘——随机探针不依赖物种的 polyA 尾设计,非模式生物同样适用。

FFPE 方案适用于人、小鼠及其他多种物种的石蜡样本
人、鼠及其他物种的石蜡样本均可
03

技术应用

FFPE 方案的落点基本集中在两类场景:一类是临床病理样本的回顾性研究,一类是需要同时看病原和宿主的感染 / 微生态课题。

Stereo-seq FFPE 五大应用方向:疾病研究、细胞图谱、生物标志物研究、宿主与微生物互作研究、非编码 RNA 调控研究
FFPE 方案的五类应用方向
01

疾病研究

肿瘤异质性与发生发展机制、免疫微环境、炎症类与神经类疾病的空间分子特征。

02

细胞图谱

细胞空间图谱构建、细胞空间互作关系解析。

03

生物标志物研究

标志物筛查、疾病预测与早期诊断、预后效果监测。

04

宿主与微生物

肠道微生物与宿主互作、肿瘤内微生物与病理关系、病原菌与宿主互作、根瘤菌与豆科植物共生。

04

技术流程

1

组织制备

FFPE 样本切片,捞片贴附到时空芯片 N 载体

2

染色成像

切片脱蜡后用荧光染料或 H&E 染色并显微拍照

3

解交联与透化

解交联、固定后透化,随机探针原位捕获 Total RNA 并逆转录

4

文库构建

cDNA 释放并扩增,获得时空测序文库

5

测序分析

DNBSEQ 测序后,经时空云平台或本地工具可视化挖掘

Stereo-seq FFPE 五步技术流程图:组织制备、染色成像、解交联与透化、文库构建、测序分析
Stereo-seq FFPE 五步流程:贴片 → 染色成像 → 解交联透化 → 建库 → 测序分析
05

样本要求

FFPE 路线的样本有三种送法:蜡块(我们切片)、蜡片(已切好的片)、组织贴芯片(已贴到 Stereo-seq 芯片 N 载体上)。三种的制备与运输要求不同,按自己实验室的条件选。

送样形式制备要求保存与运输
FFPE 蜡块最常用参考医院病理科流程制作:脱水充分、浸蜡充分,切片可连续成片、无裂痕和空腔(组织本身自带除外),切片时不与外层蜡分离;制作后需封蜡,避免组织风干、被腐蚀、发霉;组织尺寸不超过 0.9×0.9×2 cm,切片 / 芯片面积不超过 80%室温或 4–8 ℃ 保存;密封袋密封后装入泡沫盒(厚度 ≥3 cm、封口严实),冰袋运输,>24 h 不少于 6 块冰袋(13×23 cm),全程保持 2–8 ℃;多层泡沫 / 发泡纸包裹防撞,夏季适当加冰袋
FFPE 蜡片切片前蜡块冰水混合物冷敷 10–30 min(脂肪含量高的组织如乳腺可 −20 ℃ 冻 10 min);普通组织切片厚度 5 μm、高脂组织 4 μm,首片丢弃;蜡片需平展、能顺利展片、无过多褶皱破碎单张蜡片用毛刷 / 镊子放入全新 50 mL 离心管,盖紧;管外标签写样本名称与日期,装入自封袋加干燥剂密封;4 ℃ 密封短暂保存,保存 + 运输合计 ≤1 周;同一样本可一次运 3–5 张蜡片;泡沫箱 + 冰袋,2–8 ℃
组织贴芯片最省环节先按蜡片制备流程切片,再修剪至 ≤0.9×0.9 cm(以 1×1 cm 芯片为例);切片 B 面(光滑面)始终朝下贴液体、芯片与玻片,防脱片;30% 乙醇预展片 → 40–48 ℃ 水浴展平 → 芯片 N 载体捞片;无尘纸擦去水迹,42 ℃ 烤 3 h 后 37 ℃ 烤过夜烤干的芯片 N 载体放入玻片保存盒,25 ℃ 或 37 ℃ 烘箱可存 48 h;或 4 ℃ 加干燥剂保存 1 周;运输时自封袋装硬盒(防压变形)再入泡沫箱,冰袋 2–8 ℃,>24 h 不少于 6 块冰袋
通用要求
固定条件组织取样后尽快用 10% 福尔马林或 4% 多聚甲醛(PFA)固定 12–48 h(可参考各医院病理科常规),优先推荐 10% 福尔马林;其他固定条件建议先咨询,或自行承担风险
适用样本常见动物物种的 FFPE 蜡块、蜡片及组织贴芯片样本;主要面向人类病理样本,另外包括但不限于鼠、猴、猪等
质检标准建议切取 3–5 片 5 μm 厚组织片放入 1.5 mL EP 管(−80 ℃ 可存 1 个月),提取 Total RNA 检测;判读指标为 DV200 ≥ 30%(石蜡样本普遍片段化,故用 DV200 而非 RIN)
送样资料填写《样本信息收集表》,样本名称与日期需与管外标签一致;寄出前与销售 / 项目负责人核对样本数目与信息,避免"无主包裹"滞留

* 蜡片建议由有经验的石蜡切片技术人员操作;若蜡片在运输前展片测试失败,不建议寄送。

06

实测数据

数据 1

准确刻画多类细胞的空间分布

基于 FFPE 样本中的基因表达空间信息,注释多种细胞类型,并精准定位各种细胞类型的空间分布——说明石蜡样本在解交联之后,依然保留了足够判断细胞类型的表达信息。

FFPE 样本多种细胞类型的空间注释与分布图
多类细胞类型注释与空间定位
数据 2

探索癌症组织的免疫特征

基于 H&E 提供的组织学信息进行组织分型,从而深入探究癌前区与癌区的空间分子特征——病理医生看到的结构,和分子层面看到的分区可以对上。

基于 H&E 组织学信息分型后的癌前区与癌区空间分子特征分析
H&E 分型 → 癌前区 / 癌区空间分子特征
数据 3

微生物与宿主共检测

在感染鼠肺样本中,结核分支杆菌(Mtb)的空间转录组检测数据与病理染色结果吻合:Mtb 转录本表达量与 CFU 有较好的对应关系,其空间位置与 TB 抗酸染色的位置一致。

感染鼠肺样本中结核分支杆菌转录本的空间分布,与病理染色位置吻合
Mtb 转录本空间位置与抗酸染色一致
Mtb 转录本表达量与 CFU(菌落形成单位)的相关性分析
Mtb 转录本表达量与 CFU 对应
数据 4

mRNA 与 lncRNA 的高分辨率空间分析

在人肺癌组织样本中实现编码与非编码 RNA 的共捕获分析,联合非编码 RNA 精准解析肿瘤免疫微环境(TME):空间可变 lncRNA 既与恶性细胞存在空间相关性,也与 TME 存在空间相关性。

人肺癌组织空间转录组刻画肿瘤免疫微环境(TME)
空间转录组刻画肺癌肿瘤免疫微环境
lncRNA 的空间表达模式及其与 mRNA 的相互作用
lncRNA 空间表达模式与 mRNA 互作
空间可变 lncRNA 与恶性细胞的空间相关性
空间可变 lncRNA 与恶性细胞相关
空间可变 lncRNA 与肿瘤免疫微环境的空间相关性
空间可变 lncRNA 与 TME 相关
07

常见问题

老蜡块(存放好几年)还能做吗?
可以评估,但需要先过质检:从蜡块上切 3–5 片 5 μm 组织片提 Total RNA,看 DV200 是否 ≥ 30%。石蜡样本的 RNA 会随存放时间片段化,DV200 反映的正是长片段占比;达不到门槛就存在数据风险。另外蜡块本身的制作质量同样关键——脱水浸蜡不充分、切片易裂的蜡块,即使 RNA 尚可也会影响贴片。
蜡片和蜡块,寄哪种更好?
常规建议寄蜡块:我们能按需切片、控制厚度与贴片位置,出问题的余地更小。只有在蜡块不便外送(例如病理科不外借)时才寄蜡片,此时要求蜡片平展、能顺利展片、无过多褶皱破碎,且一次运 3–5 张;4 ℃ 密封保存加运输合计不超过 1 周。如果你们实验室已经在做石蜡切片、也想省掉我们这一步,可以直接做组织贴芯片,但要严格保持 B 面朝下操作。
为什么切片要一直保持 B 面朝下?
一张石蜡切片分 A、B 两面:正对操作人员的一面是 A 面(哑光面),贴刀刃的那面是 B 面(光滑面)。组织实际贴附在 B 面上,所以贴液体、贴芯片、贴玻片都必须让 B 面朝下——反过来操作很容易脱片,一旦脱片这张片就废了。
为什么 FFPE 用 DV200 而不是 RIN?
RIN 是用完整 28S / 18S 核糖体 RNA 的比例来打分的,而石蜡包埋和福尔马林固定本身就会让 RNA 严重片段化,RIN 几乎必然很低,无法区分"样本还行"和"样本已经废了"。DV200 统计的是长度大于 200 nt 的 RNA 片段占比,对片段化样本更有区分度,所以 FFPE 统一以 DV200 ≥ 30% 作为门槛(新鲜冰冻路线看 RIN:官方 FF V1.3 已把质控要求放宽到 RIN ≥ 4,我司收样仍建议 ≥ 7)。
运输温度为什么是 2–8 ℃ 而不是常温?
规范要求蜡块、蜡片、贴芯片样本都以冰袋 2–8 ℃ 运输,运输时间超过 24 h 时不少于 6 块 13×23 cm 冰袋,夏季还要适当加量;泡沫盒厚度不低于 3 cm、封口严实,样本再用泡沫或多层发泡纸包裹防撞。目的是控制温度波动和碰撞——石蜡本身不怕冷,但蜡片和贴芯片样本很脆,温差和震动都会导致开裂或脱片。
FFPE V1.1 比 V1.0 强在哪?
四个地方:捕获效率提升 50%~200%(研发测试中 Bin20 中位基因数从 155 提到 420,而测序量基本没变);有效数据利用率提升 100%,也就是同样的下机数据能用的比例翻倍;信号扩散做了优化,空间定位精度达到纳米级;以及混测——FF 与 FFPE 文库可以同批上同一张 T7 芯片。对我们做项目来说,最直接的感受是能从老蜡块里挖出更多基因,排机也更灵活。
项目周期一般多长?
样本质检合格后,切片贴片、染色、解交联与透化、建库测序约 4–5 周(比 FF 路线多了脱蜡、解交联与探针杂交环节),标准分析约 2 周;高级分析与多组学联合按需求另行约定。
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