在生物醫學研究的前沿，空間轉錄組學技術已成為揭示細胞組成、空間異質性以及細胞間複雜相互作用的關鍵工具，對於深入理解胚胎發育、神經科學以及疾病發生機製等領域至關重要。盡管如此，該技術在實際應用中仍受限於成本高昂、視野範圍有限和數據處理通量不足等技術瓶頸，這些限製在構建三維及多時空全轉錄組圖譜時尤為突出。

2024年9月10日，必威精装版app西汉姆联 趙方慶團隊在Nature Genetics發表了題為Custom microfluidic chip design enables cost-effective three-dimensional spatiotemporal transcriptomics with a wide field of view的研究論文，介紹了他們開發的高通量、大視野空間轉錄組學新技術—MAGIC-seq。該技術通過網格化微流控芯片設計，結合碳二亞胺化學和新型空間編碼技術，顯著提升了檢測通量和捕獲麵積，降低了成本和批次效應，為大規模三維組織研究及複雜轉錄過程分析提供了新路徑。

MAGIC-seq技術采用了網格化微流控芯片設計，並對空間編碼策略進行優化，通過多次交叉反應實現了“One combination,Multiple spots”的布局，既保持了高靈敏度，又顯著提高了檢測通量（達8倍），並大幅降低了芯片製備成本（至約$0.11/mm²），減少了樣本間的批次效應，適合處理大量樣本（如構建連續切片的三維模型），並確保定量分析的準確性。

該研究首次提出了“拚接芯片”的創新概念，通過調整網格間距和運用多輪編碼技術，將多個捕獲網格有效地拚接在一起，從而在不犧牲分辨率的前提下，顯著擴展了視野。即便在接近單細胞分辨率下，也能夠輕鬆實現約3.5 cm²的捕獲麵積，超越絕大多數現有技術的檢測能力。尤其是MAGIC-seq允許研究人員根據樣品大小和數量自主設計網格的布局，滿足定製化實驗需求。

研究團隊在多種小鼠組織中廣泛測試了MAGIC-seq，結果顯示該技術在檢測靈敏度、測序效率和數據一致性方麵表現優越。隨後，團隊在高分辨率下對小鼠從胚胎期到出生後不同發育階段的組織切片進行了細致描繪，並通過數百張H&E染色切片和近百張基因表達樣本，成功構建了高質量的發育小鼠大腦三維空間轉錄組圖譜。這種多組織適用性、高通量、分辨率與廣闊視野的結合，使MAGIC-seq在生物學研究中具有巨大應用潛力，為深入理解複雜生物過程的分子機製提供了寶貴的數據與工具支持。

必威精装版app西汉姆联 趙方慶研究員為該研究的通訊作者，博士後朱俊傑、博士研究生龐琨和博士後胡倍瑜為該研究的共同第一作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發項目及北京市自然科學基金項目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01906-4

圖1. MAGIC-seq能夠對多種組織類型進行靈敏、高通量、一致的空間檢測

圖2. 小鼠器官發生的時空轉錄組圖譜

圖3. E18.5小鼠大腦的三維空間轉錄組圖譜