在测序、质谱和荧光显微镜领域最新进展推动下，空间生物学（在组织内部的原始位置研究基因和蛋白质）正在帮助解开细胞毗邻关系的奥秘及它们对各个细胞行为的影响。从单份组织样品可以采集的数据的数量和种类急剧增长，这种急剧增长正揭示在细胞邻近性、组织和信号转导事件时序之间复杂且持续演变的关系可能怎样影响疾病进展和治疗反应。
研究人员可以如何更有效地利用空间生物学快速回答复杂的生物学问题？来自CST 的新型空间生物学技术 SignalStar Multiplex IHC 将灵活、即用型抗体检验组合用于多重免疫组织化学 (mIHC) 实验，大大缩减从方法设计到数据采集的时间。借助经过验证的实验步骤和优化后的试剂，此方法可以在福尔马林固定、石蜡包埋 (FFPE) 组织中探究多达 8 种靶标的表达，并且从样本到成像生成关键的空间生物学数据的速度相比其他 mIHC 方法快 70% 。
为何选择多重免疫组织化学进行空间生物学研究？
多重免疫组织化学是一种强大且多功能的空间生物学工具，它允许研究人员通过标记单份组织样品中的多种蛋白质来回答一系列问题。该技术非常适合最大限度从有限的 FFPE 组织样品采集数据，并且可以提供多种靶标的空间分布模式和表达修饰模式的详细图谱（图 1）。
图 1. 使用SignalStar Multiplex IHC对人胃腺癌组织中的多种蛋白质进行测定分析。在BOND RX（Leica Biosystems）全自动染色机上进行染色。
虽然 RNA 分析可以洞悉基因表达，但它不能捕获翻译后修饰 (PTM)，例如磷酸化、糖基化和乙酰化。Multiplex IHC 通过在空间背景下同时辨识多种PTM来克服这些限制，帮助揭示生物标记物共表达模式并更全面了解背后的生物学。
基于mIHC 的空间生物学应用特别适用于了解肿瘤微环境 (TME)，具体来说，了解邻近于肿瘤的组织结构和细胞种类如何影响疾病进展。空间生物学让癌症研究人员能够探究如下问题：
- 与周围组织相比，肿瘤是否表现出基因与蛋白质表达的异质性？
- TME 中存在哪些免疫细胞？周围正常组织中是否存在相同的免疫细胞，或者它们系肿瘤独有？
- 免疫细胞是否处于衰竭状态，或它们是否准备好应对癌症？
这些可以使用 mIHC 结合各种空间生物学技术回答的问题与预测患者对癌症免疫疗法的反应相关，因此可能有助于实现未来的个体化医疗。
然而，由于实验设计、抗体组合开发、优化、验证及分析等流程耗时冗长，当前使用的许多空间生物学成像技术制约了研究推进的速度。一些传统的 mIHC 测定法需要使用在不同物种中开发的一抗，而这些一抗又需要各自独特的二抗检测系统。这就限制了一次可标记的标记物的数目，并可能导致交叉反应和背景噪声的问题，因而难以获得可靠和准确的结果。
此外，其他染色方法（例如酪酰胺信号放大 (TSA)）带来的难题包括：
- 实验步骤时间长：每种抗体都需要逐一添加，并且所有试剂都须相互比例的优化。
- 抗体循环： 抗体循环操作可能导致表位丢失和组织降解，从而降低数据质量。
- 顺序优化： 抗体添加和成像的顺序需要优化，并且在抗体检验组合每次变化时，都需要重新进行这个漫长的优化过程。
- 酪氨酸沉积物：在每个酪酰胺染色周期中，可用酪氨酸残基的比例可能降低，这会抑制来自后续抗体的荧光沉积，从而导致信号丢失。
为了克服这些限制，许多研究人员花费无数时间来设计、优化和验证抗体检验组合，这个过程可能耗时数周到数月。当测定新靶标或研究目标变化时，这个优化和验证的过程就要重新开始。研究人员若使用未经特定应用验证的抗体，或尝试进行信号放大操作时，还会面临其他挑战。
一种测定法性能好坏取决于所用的抗体，无效试剂可能浪费宝贵的组织样品。
SignalStar Multiplex IHC 技术通过提供开箱即用的可定制、灵活且经高度验证的抗体组合解决了这些问题。
一场空间生物学的革命：SignalStar 技术如何工作？
SignalStar Multiplex IHC 是一项用于空间生物学研究的新技术，通过采用经过充分验证的灵活定制的抗体组合，对FFPE组织样本中的多达8个靶标同时进行高通量多重免疫组化检测。经优化的即用型抗体组合可用于研究靶标的存在、位置、功能和生物标记物共表达模式。
该技术通过寡核苷酸与荧光团的组合来放大抗体信号，即使对低表达靶标也能进行检测。使用 SignalStar Multiplex IHC Panel Builder，研究人员可以从经 IHC 验证的抗体列表中选择靶标，并可靠地分析珍贵的 FFPE 样品。而且，随着研究的深入或新靶标的发现，SignalStar 抗体和荧光团可以自由互换，从而允许研究人员切换靶标并快速重新设计抗体组合，无需进行额外的抗体组合验证或实验步骤优化。
使用 CD3ε (D7A6E™) & CO-0001-488 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #92856（绿色）、PD-L1 (E1L3N®) & CO-0005-594 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #28249（黄色）、PD-1 (Intracellular Domain) (D4W2J) & CO-0008-647 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #56837（红色）、Pan-Keratin (C11) & CO-0003-750 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #97227（青色）、TIM-3 (D5D5R™) & CO-00010-488 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #81365（浅粉红色）、LAG3 (D2G4O™) & CO-0026-594 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #34308（橙色）、Tox/Tox2 (E6I3Q) & CO-0016-647 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #67341（洋红色）、CD8α (D8A8Y) & CO-0004-750 SignalStar™ Oligo-Antibody Pair #62750（白色）和 ProLong Gold Antifade Reagent with DAPI #8961（蓝色），对石蜡包埋的人非小细胞肺癌组织进行 SignalStar™ 多重免疫组织化学分析。所有荧光团都被分配了伪彩，如图所示。在 Leica Biosystems 的 BOND RX 自动染色机上进行染色。
借助该技术，空间生物学研究数据的获取时间可缩短至数天（而非数周或数月），相比传统mIHC方法的效率提升最高达70%。
要更多了解 SignalStar 以及如何加速您的空间生物学研究，请下载手册：
Alexandra Foley，科学作家兼 CST 博客管理员，参与了本文的撰写。23-ETC-78401
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