一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像系统和方法，属于生物医学影像技术领域，解决了现有技术中成像的细胞边界归属模糊、空间分辨率低以及成像硬件成本高且成像效果不佳的问题。本发明专利技术利用膨胀显微，将组织膨胀两倍以上，拉大组织内的分子间距，获取的空间基因信息突破显微镜光学极限，获取高精度的亚细胞基因表达信息，提高电增强空间转录的成像分辨率；利用功能化磁粒子捕获RNA，放大微弱荧光信号，提高成像灵敏度，降低成像硬件成本，增强成像效果；对单细胞分割增加细胞核DAPI和细胞边界微管蛋白共染色，明确细胞边界，可深入分析细胞边界的基因功能互作；优化荧光探针，提高成像稳定性。提高成像稳定性。提高成像稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像系统和方法


[0001]本专利技术涉及生物医学影像
，具体涉及一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像系统和方法。

技术介绍

[0002]空间转录组学广泛应用于研究疾病的致病机制和靶向治疗方案，可同时获取组织内上百种基因的空间表达情况，适用于多种病理组织的机制研究；随着对疾病机制研究的深入，对空间转录成像的精度和鲁棒性需求也在不断提高。
[0003]现有的空间转录组学常用方法空间分辨率低即背景噪声大，且成像灵敏度低、耗时长；现有电增强原位荧光成像方法，通过将组织中的RNA转移贴附于功能化的载玻片上，消解组织后对仅玻片上捕获的单层RNA进行多轮成像，显著减少每轮染色时间和成像时间，在一定程度上增加了空间分辨率，并提高了成像速度。然而，现有电增强原位荧光成像方法成像的细胞边界归属模糊，图像的单细胞分割基于剥离组织前的细胞核染色，没有实现精确细胞边界划分，细胞空间信息不完整；在研究脑细胞组织基因表达时，基因细胞边界的基因分辨率不足，空间分辨率有待进一步提高；使用功能化的玻片捕获RNA成像，难以捕获玻片上单分子的微弱荧光信号，增加成像硬件(显微镜)成本的同时，成像效果不佳。
[0004]综上，现有技术中存在成像的细胞边界归属模糊、空间分辨率低以及成像硬件成本高且成像效果不佳的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像系统和方法，解决了现有技术中成像的细胞边界模糊、空间分辨率不足以及成像硬件成本高且成像效果不佳的问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1.获取功能化磁粒子溶液，用于修饰预处理的氧化铟锡导电玻片，得到功能化磁粒子修饰的导电玻片；
[0008]步骤S2.将目标组织制备为组织切片，经浸泡孵育、凝胶固化和膨胀处理，得到膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物；
[0009]步骤S3.将膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物放置于功能化磁粒子修饰的导电玻片上，然后进行细胞核与边界蛋白染色，得到膨胀和染色后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物，经共聚焦荧光成像，获取细胞空间定位信息；
[0010]步骤S4.利用电增强RNA捕获装置，对功能化磁粒子修饰的导电玻片上的膨胀和染色后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物进行电增强RNA捕获，处理后得到捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻片；
[0011]步骤S5.利用激光共聚焦荧光显微镜，对捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻
片进行多轮编码成像，得到基因表达荧光图像；
[0012]步骤S6.将基因表达荧光图像映射到步骤S3获取的细胞空间定位信息中，构建得到微管蛋白
‑
RNA的多组学空间图谱。
[0013]进一步地，步骤S1中所述获取功能化磁粒子溶液具体包括：
[0014]获取粒径0.2um的oligo
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d(T)磁粒子溶液并将其置于磁力架中，经柠檬酸钠缓冲液清洗后，将磁粒子置于超纯水中，震荡混匀，得到悬浊液状态的功能化磁粒子溶液。
[0015]进一步地，步骤S1中所述预处理的氧化铟锡导电玻片的预处理具体包括：
[0016]获取氧化铟锡导电玻片并对其超声清洗，然后浸泡于含有3
‑
缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷的丙酮试剂中，取出氧化铟锡导电玻片再利用无水丙酮对其清洗浸泡并自然风干，然后在氧化铟锡导电玻片的中心滴加oligo
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d(T)溶液，室温孵育后，利用超纯水清洗氧化铟锡导电玻片，完成预处理。
[0017]进一步地，步骤S1具体包括：
[0018]在预处理的氧化铟锡导电玻片的中心滴加功能化磁粒子溶液，经室温孵育，将功能化磁粒子溶液从预处理的氧化铟锡导电玻片一侧使用无尘纸吸出，待残留磁粒子溶液自然风干，得到功能化磁粒子修饰的导电玻片。
[0019]进一步地，步骤S2具体包括：
[0020]将目标组织制备为组织切片，浸没于含有丙烯酰胺和N,N,N',N'
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四甲基二乙胺的凝胶溶液中，室温孵育后取出组织切片置于洁净载玻片上，然后在组织切片上滴加含有N,N,N',N'
‑
四甲基二乙胺和过硫酸铵的凝胶固化溶液，25℃孵育后得到组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物，再将其浸没于含有十二烷基硫酸钠和硼酸且pH＝9.0的膨胀溶液中，经40℃孵育膨胀得到膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物。
[0021]进一步地，步骤S3具体包括：
[0022]将膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物放置于功能化磁粒子修饰氧化铟锡导电玻片的中心，再在膨胀后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物上滴加含有细胞核DAPI荧光抗体和Tublin
‑
AF488细胞膜微管蛋白荧光抗体的溶液，经4℃孵育后清洗去除未结合的荧光抗体，得到膨胀和染色后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物；对齐膨胀和染色后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物的中心进行共聚焦荧光成像，得到细胞核
‑
细胞边界微管蛋白图像，包括细胞空间定位信息。
[0023]进一步地，步骤S4具体包括：
[0024]将载有膨胀和染色后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物的功能化磁粒子修饰的导电玻片固定于电增强RNA捕获装置中；
[0025]在所述凝胶聚合物上滴加电泳缓冲液，并在所述凝胶聚合物的上层覆盖未功能化修饰的导电玻片，上下玻片的间隙距离固定；其中，所述未功能化修饰的导电玻片为氧化铟锡玻片；
[0026]上下玻片间连接电源，其中功能化磁粒子修饰的导电玻片连接电源正极，未功能化修饰的导电玻片连接电源负极；
[0027]室温通电，所述凝胶聚合物内的游离RNA转移至位于下层的功能化磁粒子修饰的导电玻片上的功能化磁粒子上，形成被磁粒子捕获的RNA涂层；
[0028]断电并移除电源后，弃除上层玻片，从位于下层的功能化磁粒子修饰的导电玻片
表面剥离并弃除经过电增强RNA捕获的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物，在功能化磁粒子修饰的导电玻片的磁粒子修饰捕获区域中滴加蛋白酶K溶液，经37℃孵育，消解残留组织及蛋白，得到捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻片。
[0029]进一步地，步骤S5具体包括：
[0030]将凹刻流道盖玻片覆盖于捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻片表面，紧密固定，形成封闭流道；
[0031]从流道进液口注入匹配目标基因编码的RNA扩增混合溶液，40℃孵育后进行若干轮荧光读取
‑
成像
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洗脱步骤，具体为：
[0032]A1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1.获取功能化磁粒子溶液，用于修饰预处理的氧化铟锡导电玻片，得到功能化磁粒子修饰的导电玻片；步骤S2.将目标组织制备为组织切片，经浸泡孵育、凝胶固化和膨胀处理，得到膨胀后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物；步骤S3.将膨胀后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物放置于功能化磁粒子修饰的导电玻片上，然后进行细胞核与边界蛋白染色，得到膨胀和染色后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物，经共聚焦荧光成像，获取细胞空间定位信息；步骤S4.利用电增强RNA捕获装置，对功能化磁粒子修饰的导电玻片上的膨胀和染色后的组织
‑
聚丙烯酰胺凝胶聚合物进行电增强RNA捕获，处理后得到捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻片；步骤S5.利用激光共聚焦荧光显微镜，对捕获了RNA的功能化磁粒子修饰的导电玻片进行多轮编码成像，得到基因表达荧光图像；步骤S6.将基因表达荧光图像映射到步骤S3获取的细胞空间定位信息中，构建得到微管蛋白
‑
RNA的多组学空间图谱。2.根据权利要求1所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S1中所述获取功能化磁粒子溶液具体包括：获取粒径0.2um的oligo
‑
d(T)磁粒子溶液并将其置于磁力架中，经柠檬酸钠缓冲液清洗后，将磁粒子置于超纯水中，震荡混匀，得到悬浊液状态的功能化磁粒子溶液。3.根据权利要求2所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S1中所述预处理的氧化铟锡导电玻片的预处理具体包括：获取氧化铟锡导电玻片并对其超声清洗，然后浸泡于含有3
‑
缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷的丙酮试剂中，取出氧化铟锡导电玻片再利用无水丙酮对其清洗浸泡并自然风干，然后在氧化铟锡导电玻片的中心滴加oligo
‑
d(T)溶液，室温孵育后，利用超纯水清洗氧化铟锡导电玻片，完成预处理。4.根据权利要求3所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S1具体包括：在预处理的氧化铟锡导电玻片的中心滴加功能化磁粒子溶液，经室温孵育，将功能化磁粒子溶液从预处理的氧化铟锡导电玻片一侧使用无尘纸吸出，待残留磁粒子溶液自然风干，得到功能化磁粒子修饰的导电玻片。5.根据权利要求4所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S2具体包括：将目标组织制备为组织切片，浸没于含有丙烯酰胺和N,N,N',N'
‑
四甲基二乙胺的凝胶溶液中，室温孵育后取出组织切片置于洁净载玻片上，然后在组织切片上滴加含有N,N,N',N'
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四甲基二乙胺和过硫酸铵的凝胶固化溶液，25℃孵育后得到组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物，再将其浸没于含有十二烷基硫酸钠和硼酸且pH＝9.0的膨胀溶液中，经40℃孵育膨胀得到膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物。6.根据权利要求5所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
将膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物放置于功能化磁粒子修饰氧化铟锡导电玻片的中心，再在膨胀后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物上滴加含有细胞核DAPI荧光抗体和Tublin
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AF488细胞膜微管蛋白荧光抗体的溶液，经4℃孵育后清洗去除未结合的荧光抗体，得到膨胀和染色后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物；对齐膨胀和染色后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物的中心进行共聚焦荧光成像，得到细胞核
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细胞边界微管蛋白图像，包括细胞空间定位信息。7.根据权利要求6所述的基于光学磁粒子的空间多组学单分子成像方法，其特征在于，步骤S4具体包括：将载有膨胀和染色后的组织
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聚丙烯酰胺凝胶聚合物的功能化磁粒子修饰的导电玻片固定于电增强RNA捕获装置中；在所述凝胶聚合物上滴加电泳缓冲液，并在所述凝胶聚合物的上层覆盖未功能化修饰的导电玻片，上下玻片的间隙距离固定；其中，所述未...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟江宏，陈重衡，韩志成，岳杭琪，田捷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：