Xenium亚细胞分辨率组织空间原位成像系统

仪器主要用途

Xenium平台是以10xGenomics公司年多来在单细胞和空间技术领域的不断创新为基础,提供了市场上最先进的端对端单细胞空间成像分析平台。Xenium集成了高分辨率成像、原位转录本检测与数据分析功能,可同时检测RNA和蛋白质。其独特的挂锁式探针技术,允许在组织切片原位杂交并扩增目标基因信号,无需提取RNA即可直接定位表达位置。专业化的设计简化了从组织切片到数据分析的全过程,并提供自动化分析仪、甄选或定制的基因组合,以及直观的可视化的分析软件。Xenium检测技术适用于石蜡（FFPE）或冰冻（FF）组织切片，分析后可保留切片用于后续H&E染色、免疫荧光等病理学实验,支持细胞类型注释、通路分析及细胞间相互作用研究。

Xenium仪器的技术优势和亮点

 - 不限物种

 - 样本兼容性高：FFPE样本、冰冻(FF)样本、FxF样本(甲醛固定OCT包埋)。

 - 样本的质量要求相对较低：FFPE样本的DV200要求大于30%(大于200bp的RNA超过30%)，冰冻样本的RIN值大于4即可，方便样本储存运输。

 - 检测面积大：单张玻片的检测面积为236mm²(10.5mm×22.5mm),每次运行检测两张玻片，面积达472mm²。

 - 仪器运行周期短：能够在6天内对472mm²组织中多达5000种基因进行分析(或采用<500个基因的组合实现更快速的分析)。下机数据可以直接在电脑中查看。

 - 基因检出率高且特异性高：高度灵敏且特异的挂锁探针化学技术。

 - 可同时进行RNA和蛋白检测：提供商业化的27种蛋白组合试剂盒，可以对同一FFPE样本进行转录组和蛋白的同时分析，实现了多组学分析。

 - 灵活性的基因组合方式：预设计的基因组合达11种，可添加可定制。

 - 支持高级定制：该设计功能可以检测除人和小鼠以外的物种，可以开发检测异构体、基因融合、病毒或细菌序列、蛋白质标签和荧光报告基因的探针。

 - 快速简单的工作流程：从处理组织块到仪器启动仅需3天时间(同时检测蛋白是4天),手动操作时间不到7小时，节省时间和人力成本。

 - 本地化分析：仪器自带分析系统。

 - 分辨率高：成像仪使用高数值孔径以及带有低读取噪声传感器的快速区域扫描相机，可达到每个像素约200 nm的分辨率。成像仪的视场为600×720μm,并且Z轴可以在整个组织厚度上以0.75μm的步长采集数据。

 - 精度高：单分子定位精度，横向(XY轴)在30nm内，Z轴在100 nm内。全自动检测：玻片在Xenium仪器内的检测过程全自动，无需手动操作。可结合病理学分析：运行后的玻片可进行免疫荧光染色、HE染色。与空转数据进行联合分析：运行后的玻片进行Visium空间全转录组检测。

 - 精确的细胞分割方法：采用多种形态学染料和先进的专用算法进行精确的细胞分割。适用于跨越人类和小鼠的多种组织，包括FF和FFPE样本，仅需单个试剂盒，采用简单且整合的工作流程。

Xenium原位检测原理概述

将石蜡样本或冰冻样本进行切片并贴到10x Genomics公司提供的Xenium检测专用玻片上，组织区域要位于十字星内部(图A),可以在一个区域内拼多个组织。对玻片进行脱蜡和解交联处理(FFPE样本)或对组织玻片进行固定(FF样本)。随后对切片进行处理，在保留和暴露RNA后用可环化的DNA探针进行杂交标记(图B)。DNA探针包含基因特异性条形码序列(gene-specific barcode)，其两臂带有两个与目标RNA独立杂交的区域(图B)。探针末端在相互连接后形成了一个可酶促扩增的环状DNA探针(图C)。如果只有一个臂杂交，探针是不稳定的，在杂交后的清洗中会被洗掉。只有当两个探针臂与靶标稳定杂交并完全匹配时，才会进行近端探针连接。部分结合或不匹配的探针未连接，无法扩增。在滚环扩增(RCA)过程中，只有连接的探针被扩增，以富集真实的目标识别事件并抑制脱靶事件(图D)。滚环扩增既放大了信号，又产生了大分子量产物，易与组织内蛋白或核酸缠绕，使其在检测过程中保持在原位。每条特异性条形码序列(gene-specificbarcode)设计了多个带荧光的短的探针(图E)，在Xenium仪器上进行检测时，使用探针与gene-specific barcode进行杂交，每杂交一轮进行一轮拍照，记录荧光颜色(图F、G)，如该轮次无探针结合记录为灰色，最后基于特定位置的荧光组合识别基因种类(图H)。如果使用多模态细胞分割，利用细胞内容物、细胞核和细胞膜染料对组织进行染色。该检测方法可以在36轮的检测过程中实现对5000多种基因的识别检测，拍照的轮次少，保证在拍照面积大(472mm²)的情况下数据量小，仪器可以实现本地化分析，仪器自带分析系统。

Xenium 仪器检测流程(图I)

① 拍照：对每一轮杂交的荧光进行拍照。

② 解码(Decoding)：基于不同位置的荧光组合进行解码，确认基因。

③ 细胞分割(Segmentation)：基于细胞膜、胞质和细胞核染色去确认细胞边界。

④ 分配基因：通过解码获得的基因分配到每个细胞中。

⑤ 聚类：基于每个细胞内分配到的基因种类对不同细胞进行聚类。

高度灵敏且特异的挂锁探针化学技术
Xenium平台特有的探针化学技术采用双重杂交和连接方法。这种严格的四步认证方法带来了高度灵敏且特异的结合，不会出现单探针方法的非特异性杂交问题，也不存在探针平铺方法的局限性。

√  表现出与scRNA-seq相当的高灵敏度

√  提供高特异性，确保低假阳性(False Discovery Rate)

√  区分高度同源的转录本

√  分析独特的生物学特征(如异构体)

√  可靠捕获短的基因和降解的FFPE转录本可调节的探针设计兼容高表达分析

多样化的基因组合菜单，满足各种研究需求

Xenium检测panel与定制服务方案

预设计的基因组合

5,000个基因的组合：

可添加多达100个定制基因，分析人类或小鼠的生物学通路、受体配体对、细胞间相互作用和生物标志物等。

<500个基因的组合：

可添加多达100个定制基因，组织和应用特异性的人类和小鼠基因组合，包括人类免疫肿瘤学和多种组织基因组合。

可定制的基因组合

CustomPanelDesigner可帮助您轻松地将基因添加到预设计的基因组合中或设计完全定制的基因组合。

您只需输入感兴趣的基因，我们就会提供反馈和建议来优化您的基因组合。

√  选择多达480个基因，建立完全定制的基因组合

√  为特殊应用设计探针(如异构体、基因融合、病毒/细菌序列、蛋白质标签和荧光报告基因)

√  针对二倍体真核生物、异种移植物以及大多数带有完整转录组注释的物种

√  在4-6周内完成设计并交付

1k-2k基因的定制方案

最多1k个基因的独立定制panel，或与单个add on panel组合用于其他基因靶点，可扩展到总共2k个基因。

下图为产品配置和Panel组合。Xenium Prime 1K自定义Panel可作为独立的自定义Panel(灰色框)提供。如果需要额外的基因，可以包括定制的附加Panel(蓝色框)。

Xenium蛋白分析方案：实现同一细胞的空间多组学分析

 -  业内首款全面优化且全自动的解决方案，用于实现高通量空间RNA和蛋白的一体化分析

 -  经过验证、即用型的免疫肿瘤学专用蛋白质和基因组合，无需优化

 -  单仪器工作流程，支持在Xenium Explorer中实现一体化分析，无需数据配准

27种细胞分型和功能状态标记物

基于Xenium Protein技术的空间多组学应用案例

Xenium仪器参数