NorthwesternUniversity为空间转录组学创建开源“一站式商店”
纽约——Northwestern University的科学家最近发布了空间转录组学分析资源（SOAR），这是一个在线工具，旨在成为空间转录组学研究的“一站式商店”。
这项平台在本周《科学进展》（Science Advances）发表的一项研究中被介绍。
Northwestern University医学人工智能研究所所长罗元（Yuan Luo）希望为研究人员提供一个空间转录组学资源，该资源不仅比其他资源规模更大，而且在支持的分析类型和可用工具方面更加全面。
罗表示：“尽管现在许多人正在使用空间转录组学，但在利用所有现有数据以获得揭示疾病机制和识别靶向药物所需的样本量和多样性方面，存在一个痛点。”
SOAR包含约3461个样本，覆盖13个物种、42种组织类型和19种不同的空间转录组学技术。罗称其团队每季度更新一次该资源。所有样本均经过统一处理，以确保符合相同的质量控制标准，并使用一致的参考数据进行细胞类型注释。此外，SOAR支持基于邻域和基于距离的细胞间相互作用分析，还支持大规模分析，使研究人员能够跨研究比较和整合发现。
罗说：“我们打算持续这一过程，以便不断扩展SOAR并添加功能，使其对研究界和行业更有用。”
尽管其他空间转录组学数据库（如SpatialDB、STomicsDB和SPASCER）提供了SOAR功能的不同子集，但SOAR的独特之处在于在单个平台上提供多种疾病通路分析和药物发现能力，同时包含来自更多空间技术的、具有完整解析空间坐标的更多样本。
SOAR的一个关键差异化功能是药物发现软件模块，该模块将药物扰动数据与其空间转录组学图谱整合，将特定位置的基因程序与可精确调节它们的化合物联系起来。罗指出，在药物发现中选择合适的分子通常如同大海捞针，但SOAR“打开了聚光灯”，指引研究人员找到最具可行性的候选药物。
“SOAR提供了一种可靠的方法来精确定位潜在的疾病机制，可用于帮助确定候选药物的优先级，”罗说。
在《科学进展》的论文中，罗及其同事展示了两项小型研究的结果：一项旨在通过验证已知发现来测试SOAR的性能，另一项则展示其作为发现新成果工具的用途。
在第一个案例中，研究人员在SOAR的乳腺癌样本中可视化了CXCL16和SPP1基因的空间变异性。分析显示，每个基因的表达与不同细胞类型共定位——CXCL16与免疫激活相关，而SPP1在肿瘤中常过表达，被认为可促进肿瘤生长和转移。
更进一步，罗的团队利用SOAR的药物发现模块，将PI3K/Akt/mTOR肿瘤生长和增殖通路确定为与乳腺癌患者中这些基因相关的治疗靶点，并识别了已知通过抑制癌症增殖同时支持免疫功能来影响该通路的药物，如西罗莫司和曲古抑菌素A。罗解释说，重现这些已知的相互作用证明了SOAR在药物再利用和个性化治疗开发中的潜在价值。
“我们的证据……在很大程度上印证了最新发表的知识，”罗说。肿瘤微环境中CXCL16和SPP1分别具有促炎和促肿瘤作用，这表明SOAR的空间变异性、细胞间相互作用分析功能和可视化工具可用于识别生物学相关的见解。
将分析扩展到新发现时，罗及其同事利用SOAR的空间和药物发现分析功能，识别了可能治疗溃疡性结肠炎（UC，一种炎症性肠病/IBD）的新化合物。通过比较接受维多珠单抗治疗的UC患者与健康对照的结肠活检样本，他们的分析发现了几种潜在治疗候选药物，包括两种已上市的JAK抑制剂：辉瑞的Xeljanz（托法替尼）和百时美施贵宝的Inrebic（费德拉替尼），以及拜耳的Niclocide（氯硝柳胺，通常用于治疗绦虫感染）。
“我们已经确定JAK-STAT抑制剂可作为联合治疗候选药物，”罗说，“这可为下游研究提供参考，即考虑将药物与维多珠单抗联合使用，以针对对维多珠单抗无响应的患者。”
罗打算继续探索IBD的药物重新定位，已有几家对SOAR能力感兴趣的制药公司与他合作，但他表示目前暂不能透露公司名称。
罗还与Northwestern University工程系合作，探索空间转录组学在组织再生中的应用。
例如，从该研究中获得的见解可帮助科学家和临床医生设计和植入更好的支架，以促进断骨再生、加速愈合过程并减少疤痕形成。
罗说：“我们可以使用[SOAR]来研究支架的不同参数，如材料、支架内的孔径，以及不同生长因子或激素的释放，从而诱导组织生长。”
在一项目前为预印本的研究中，罗及其工程领域合作者发现，在特定参数范围内，可将成骨细胞和成纤维细胞募集至骨折部位，以加速骨结构再生。尽管该研究尚未发表，但其结果指向了可能为再生工程中更好的生物活性植入物做出贡献的研究方向。
最后，罗还在致力于开发工具，以实现SOAR从初始数据输入到分子化合物优先级排序的全流程自动化。
SOAR是一个基于网络的开源资源，罗表示他打算保持这一属性。不过他也承认，随着其规模和使用量的增长，维护工作确实会产生成本。
“我认为，在某个时刻，维护工作会变得越来越繁重，而且随着我们扩展SOAR的功能，可能会达到一个需要让其更可持续的节点——例如，向行业用户收取少量费用，以维持这项工作。”
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