CosMx SMI FFPE データセット

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CosMxで何を見い出しますか

CosMx空間的分子イメージャー（SMI、予約受付中）は、空間生物学の新たな進化を実現したものです。CosMx SMIは本当の意味でのマルチオミクス１細胞解析であり、組織の形態を保持したまま、前例のない分解能で解析を行うことができます。

CosMx SMIの性能をお伝えするために、ナノストリングは、非小細胞肺がん組織のオープンソースデータセットを作成しました。これは、ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）検体を用いた、シングルセルレベルおよびサブセルラーレベルでの解析として、これまでで最も優れた解像度です。CosMxはその感度の高さ、頑健な細胞識別、幅広い標的対象を組み合わせることで、細胞アトラス、細胞間相互作用及び組織微小環境の表現型の探求を可能にします。

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This data set contains 8 different samples from 5 NSCLC tissues

Sex: 3 female, 2 male
Race: White
Age: 60+
Grade: G1-G3
Stage: 4 IIIA, 1 IIB

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本製品でできること

このデータセットは、960プレックスの遺伝子発現解析で得られたものです。解析では、細胞間の伝達を可能にするリガンド及び受容体に着目し、複数種類の組織の細胞型に関する転置畳込みと、細胞シグナル及び細胞状態の主な特性を主眼としました。

細胞タイプの発見及びマッピング

960の遺伝子についてサブセルラーレベルの発現マップを作成し、T細胞のサブタイプ４種類を含む18種類の異なる細胞タイプを識別し、FFPE組織切片8検体の細胞マッピングを行うことで、SMIデータから、NSCLC組織の包括的な空間的細胞アトラスが作成されます。

NSCLC組織の細胞マップ。マップには約20 mm²の組織検体に含まれる135,707個の細胞が表示されます。（A）UMAPによる画像。（B）空間解析による細胞タイプのマップ。

組織微小環境の表現型分析

各細胞タイプの空間的位置を特定することで、組織の微小環境の特性を明らかにできます。各細胞から最も距離が近い細胞200個を解析して、SMIデータに基づきNSCLC組織を互いに隣接する10個のクラスター（ニッチ）に分割しました。ある組織でしか見られないクラスターもあれば、5種類の組織すべてに共通して見られるクラスターもあります。

NSCLC組織の構成マップ。クラスター（ニッチ）ごとに色分けをしている。（A）UMAPによる画像。（B）空間解析によるクラスターマップ map.

腫瘍微小環境の詳細な評価

SMIデータでは、遺伝子発現、細胞タイプ、空間的特徴（ニッチなど）に基づく腫瘍の評価に加えて、免疫細胞の腫瘍浸潤傾向による評価も行うことができます。例えば、Lung 6組織では、マクロファージの周囲に存在するのは主に非腫瘍細胞ですが、肥満細胞の周囲には腫瘍細胞が多い傾向がこのデータから認められます。

腫瘍特性の高度分析。（A）各組織における各細胞タイプの存在比。（B）各組織における各ニッチの存在比。（C）各腫瘍における各細胞タイプの浸潤度。各細胞について、最も距離の近い細胞100個に腫瘍細胞が占める頻度をスコア化します。波形は各細胞タイプのスコアの密度を表す。

同一の細胞タイプにおける空間的位置による発現パターンの違い

このデータを用いて、ある細胞タイプの空間的状況に応じた遺伝子発現パターンの変化を解析することができます。マクロファージを例にとると、マクロファージは腫瘍の内部や腫瘍と間質の境界部にあるとき、より免疫リッチな環境と比べてSPP1の発現量が増加します。

空間的状況に応じたマクロファージの遺伝子発現量 （A）各ニッチにおける960の遺伝子の発現量のヒートマップ。（B）SPP1発現量の空間的マップ。SPP1の発現量で色分けをしています。

リガンド・受容体解析

SMIを利用すれば、相互作用する細胞タイプ間において、リガンド・受容体ペアの高濃度発現を解析することができます。下記のSMIのRNAパネルには、100種類の古典的なリガンド・受容体ペアが含まれています。このうち16種類について、腫瘍細胞とT細胞の境界部で高濃度発現が確認されました。興味深いことに、そのうち一つである免疫チェックポイントPD-L1/PD-1（CD74/PDCD1）のペアでは、腫瘍とT細胞で共発現に大きなばらつきが見られました。