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近年来，空间转录组学技术在揭示复杂组织的分子结构方面取得了显著进展，尤其在胚胎发育、器官形成和肿瘤微环境等关键生物过程的研究中发挥了重要作用。空间转录组学技术能够同时捕捉组织的空间和分子特征，提供了三维的转录组图谱。然而，现有的ST方法在处理大规模样本时效率不高、成本较高，并且难以兼顾大视野和3D体积兼容性。
2024年9月10日在《自然遗传学》（Nature Genetics）发表的一项研究中，研究团队介绍了一种名为MAGIC-seq的创新技术。这一技术结合了碳二亚胺化学、空间组合索引和微流体设计，极大地提高了条形码标记效率，同时降低了实验成本。MAGIC-seq能够同时实现高分辨率、低成本和高通量的空间转录组分析，适用于各种复杂组织。
MAGIC-seq的技术核心包括以下三个步骤：
1. 定制微流体芯片设计：研究团队根据不同样本需求，设计了包括三网格芯片和九网格芯片在内的多种芯片架构。这些芯片能够处理不同大小的样本，甚至可以通过拼接多个芯片来扩大视野。
2. 空间条形码DNA阵列的预制：通过碳二亚胺化学反应将条形码固定在玻片上，然后用第二个微流体芯片垂直排列条形码，形成一个空间组合索引的DNA阵列，大大提高了条形码编码的效率。
3. 样本制备和测序：组织切片固定在预标记的玻片上，经过一系列处理步骤，mRNA被释放并捕获。之后，通过原位逆转录和cDNA扩增，生成的文库经过双端测序，从而保留了组织的基因表达和空间分布信息。
MAGIC-seq展示了它在多种组织类型中的高灵敏度、高通量和一致性。研究团队在比较MAGIC-seq和其他主流空间转录组技术（如10x Visium V2、DBiT-seq、Decoder-seq）时发现，MAGIC-seq在基因检测数量、UMI数量、采集面积和成本等关键性能指标上表现出显著的优势。例如，在50 μm分辨率下，MAGIC-seq的采集面积和采集点数量都远超其他技术，而每平方毫米的成本也显著降低。
MAGIC-seq还能生成高分辨率的三维空间转录组图谱。研究人员成功绘制了一个小鼠发育中脑部的3D转录组图谱，揭示了不同细胞类型的空间分布。这项技术不仅适用于神经科学和发育生物学，还能够广泛应用于多种组学研究。
研究团队通过MAGIC-seq技术对小鼠肺、肝、心脏等器官在不同发育阶段的基因表达进行了时空动态分析。例如，在小鼠肺部的发育过程中，表面活性物质基因的表达显著增加，而在肝脏中，肝母细胞的标志基因仍保持高表达。
总的来说，MAGIC-seq这一创新的空间转录组技术，通过其高通量、低成本和大视野的设计，解决了现有ST方法的诸多瓶颈，极大地推动了复杂组织空间基因表达研究的发展。MAGIC-seq不仅在神经科学和发育生物学研究中具有重要意义，还为未来的多组学研究提供了新的技术支持。
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