细胞分割在空间生物学研究中的重要作用和准确分割的难点介绍

精准的细胞分割能大幅提升时空组学研究的质量，而传统的空间转录组技术往往存在单个细胞的边界不明确的问题。
 
01 细胞分割为什么重要？ 
 
细胞分割是单细胞空间研究的基石，在理解健康和疾病方面发挥着重要作用。
 
1. 了解细胞相互作用

细胞分割能够让我们探索正常和病理条件下的细胞相互作用，增强我们对基本生物过程的理解。
 
2. 生物学特征分析
 
细胞分割让我们能够分析基本的生物特征，如细胞计数、类型、形状等。进而让我们了解这些特征是如何随时间变化和响应不同条件的。
 
3. 获取生物学相关信息
 
细胞的形态反映了它们的生理状态，有效的细胞分割捕获了生物学上相关的形态信息。
 
4. 加速药物发现
 
从细胞分割中获得的见解可以推动药物发现、诊断以及生物学、药理学和个性化医学的各种其他关键领域。
 
02 准确的细胞分割难在哪? 
 
1.异质形状
 
细胞有多种动态形状，几乎不可能定义数学形状模型。
 
2. 大小和形状的变化

与细胞核不同，细胞核是典型的大小相似的结构，细胞质在形状和大小上表现出显著的多样性和多变性。
 
3. 弱边界梯度
 
距离很近的细胞可能具有弱边界梯度，这使得分离它们变得很困难。
 
4. 分割方法
 
分割方法的适用性可能受到数据集约束的限制，包括染色或成像方式的差异，图像捕获中的伪影或形态差异。
 
03 有哪个技术平台在细胞分割方面具有优势吗? 
 
有的，CosMx™ SMI单细胞空间原位分子成像平台在细胞分割方面的表现就十分亮眼。该平台采用了一种基于增强CellPose算法的复杂细胞分割算法，该算法结合了来自细胞膜蛋白、细胞核和RNA的信息。相比使用核扩张分割策略的平台，SMI优势明显，能够有效地分割复杂形状的细胞，特别是对于分散或复杂的细胞。
 
对于RNA检测，SMI原生提供5通道多路免疫荧光染色，准确捕获细胞形状并将转录物分配到正确的细胞。
 
对于蛋白质或多组学分析，通过将高复杂性蛋白质图像与机器学习细胞分割模型相结合，确保准确的细胞边界检测以及细胞分型，领域分析等下游分析。
 

 
微小的分割错误会导致错误的基因分配给细胞，随后在下游数据分析中产生影响，如聚类、差异基因表达和途径分析。
 

A和B：SMI检测使用基于抗体的蛋白质检测形态学marker（细胞膜和细胞核）进行细胞分割，而C其他空间成像仪通常使用简单的细胞核扩增（~15µm）进行细胞分割，如图所示，相同的图像使用简化的多边形以方便可视化。
 
总之，准确的细胞分割是空间研究成功的关键因素，而CosMx™ SMI技术平台在这一方面具有突出优势。