随着生命科学研究的日益深入，传统的单细胞测序技术已难以满足对深层次、多维度生命系统探索的需求。时空组学技术应运而生，成为细胞研究领域的新星，它融合时间与空间维度，精准捕捉细胞基因表达及其在组织中的动态交互，革新了我们对生命奥秘的理解。

华大作为生命科学前沿技术的主要推动者，在2020年年初发布了自主研发的时空组学技术Stereo-seq（Spatial Enhanced Resolution Omics-Sequencing），该技术凭借高分辨、大视场、多组学、全物种的优势，已成功应用于胚胎发育、疾病病理、肿瘤学、脑科学、植物科学等领域，助力科研人员在Cell、Science、Nature等国际顶级期刊上发表了多项科研成果。

技术简介

Stereo-seq基于华大自主研发的DNBSEQ测序技术，利用携带空间条形码（Coordinate ID，CID）信息、规则阵列式排布的DNA纳米球（DNA Nano Ball，DNB），制备成时空芯片，原位捕获组织中的mRNA，并将其还原回原始空间位置，从而实现组织的空间分子检测。

当前，空间技术主要分为低通量和高通量两大类。低通量空间技术，如微解剖基因表达技术、原位杂交技术和原位测序技术，虽然在准确性上有一定优势，但在检测组织大小和单次检测基因数量方面存在限制。而高通量空间技术，特别是基于空间条形码的技术，如Stereo-seq[1]、NanoString[2]、10x Visium[3]、Slide-seq V2[4]、Seq-Scope[5]、sci-Space[6]等，在检测组织面积和基因数量方面有着显著的提升。

技术原理

华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，是具有高通量、超高分辨率、大视场的原位全景式空间转录组测序技术，可以实现同一样本在组织、细胞、亚细胞、分子“四尺度”同时进行空间转录组分析。该技术利用DNA纳米球（DNB）作为捕获单元，每个DNB携带独特的空间条形码序列和Poly(dT)序列。

在组织切片上，这些DNB通过Poly(dT)原位捕获mRNA的同时，空间条形码记录mRNA在时空芯片上的物理坐标。随后，对捕获到的mRNA进行测序，并结合空间条形码序列信息，即可解析出基因表达在组织中的空间分布模式。Stereo-seq技术实现了从mRNA捕获到空间解析的一体化，为深入探究生命奥秘提供了有力工具。

技术优势

作为国际领先的时空组学技术，相比较于其他技术平台，Stereo-seq在检测组织大小与分辨率等方面具有突破性优势。

A.Spot尺寸；B.分辨率；C.Spot数量/100 μm2；D.捕获区域面积；

E.箱型图展示了各空间组学技术在指定分辨率下捕获的转录本数量。

01、病理学染色与时空组学技术相结合

传统的病理学染色方法主要关注组织的形态学特征，而时空组学技术则侧重于解析组织内基因表达的空间模式和时间的动态变化。Stereo-seq技术通过创新的单张组织切片染色方法，研究人员能够在同一张组织切片上既保留病理学的形态学信息，又集成时空组学的分子生物学信息，避免了多次切片可能带来的样本损失和信息不一致，确保了数据的准确性和连贯性。

02、高分辨率与大视场

Stereo-seq技术在实现500nm高分辨率的同时，捕获面积最大可达13cm×13cm，这一技术突破使得研究人员能够在更大的视野范围内以精细的分辨率观察和分析组织样本。这不仅有助于捕捉组织的整体结构特征，还能深入分析细胞间的相互作用，基因表达的空间分布，以及在时间和空间维度上的变化。

03、多组学分析

结合时空转录组和时空蛋白组的多组学分析，Stereo-seq技术能够全面揭示组织内基因与蛋白质表达及其空间分布的动态变化。转录组分析揭示基因的表达模式，而蛋白组分析则进一步揭示这些基因产物在细胞内的实际功能和相互作用。多组学分析为深入理解生物过程提供了前所未有的视角，有助于发现新的疾病标志物、治疗靶点与疾病发生发展的分子机制。

04、高兼容性

时空组学技术在多种动植物组织的新鲜冷冻保存样本（如液氮冷冻样本）与FFPE（福尔马林固定、石蜡包埋）样本中均表现出良好的兼容性。这意味着该技术可以广泛应用于不同种类的生物样本，无论是在基础研究还是临床病理诊断，都具有极大的应用潜力。特别是FFPE样本的兼容性使得临床病理学家能够在常规的病理工作流程中无缝集成时空组学分析，从而更深入地理解疾病的发生发展机制。与此同时，FFPE样本的兼容方案，还能实现编码与非编码RNA的共捕获，以及宿主与微生物的共检测。

05、便捷的可视化分析工具

时空组学为用户提供时空云平台（STOmics Cloud）和全流程本地生信分析工具两类数据分析解决方案。时空云平台可支持用户线上开展井然清晰的项目管理、灵活高效的数据分析，同时整合人工智能Copilot和Notebook等模块加速科研进程。本地生信分析工具也可助力用户实现本地化数据处理与可视化分析。

应用领域

时空组学技术Stereo-seq开创了绘制生命全景时空分子图谱的新纪元，将广泛应用于深入挖掘意识起源的深层次科学问题、追踪生命从出生到老化的全过程、疾病与健康状态的分子机制、自然界万物生长的普遍规律，以及追溯生命起源之谜。

Stereo-seq实现了对传统技术瓶颈的跨越式突破，不仅能精确定位组织内细胞的空间位置，还能同步捕捉并分析这些细胞的基因表达谱，引领生命科学步入充满无限可能的时空全景新时代。它不仅为理解肿瘤发生发展的复杂机制、解析免疫系统的微妙平衡、探索个体发育的奥秘、深入脑神经科学领域，以及精准诊断与研究病理过程等，提供了前所未有的高精度工具与全新视角，极大推动了生命科学领域的整体进步与发展。

应用场景