紐約——Northwestern University的科學家最近發布了空間轉錄組學分析資源（SOAR），這是一個在線工具，旨在成為空間轉錄組學研究的“一站式商店”。
這項平臺在本周《科學進展》（Science Advances）發表的一項研究中被介紹。
Northwestern University醫學人工智能研究所所長羅元（Yuan Luo）希望為研究人員提供一個空間轉錄組學資源，該資源不僅比其他資源規模更大，而且在支持的分析類型和可用工具方面更加全面。
羅表示：“盡管現在許多人正在使用空間轉錄組學，但在利用所有現有數據以獲得揭示疾病機制和識別靶向藥物所需的樣本量和多樣性方面，存在一個痛點。”
SOAR包含約3461個樣本，覆蓋13個物種、42種組織類型和19種不同的空間轉錄組學技術。羅稱其團隊每季度更新一次該資源。所有樣本均經過統一處理，以確保符合相同的質量控制標準，并使用一致的參考數據進行細胞類型注釋。此外，SOAR支持基于鄰域和基于距離的細胞間相互作用分析，還支持大規模分析，使研究人員能夠跨研究比較和整合發現。
羅說：“我們打算持續這一過程，以便不斷擴展SOAR并添加功能，使其對研究界和行業更有用。”
盡管其他空間轉錄組學數據庫（如SpatialDB、STomicsDB和SPASCER）提供了SOAR功能的不同子集，但SOAR的獨特之處在于在單個平臺上提供多種疾病通路分析和藥物發現能力，同時包含來自更多空間技術的、具有完整解析空間坐標的更多樣本。
SOAR的一個關鍵差異化功能是藥物發現軟件模塊，該模塊將藥物擾動數據與其空間轉錄組學圖譜整合，將特定位置的基因程序與可精確調節它們的化合物聯系起來。羅指出，在藥物發現中選擇合適的分子通常如同大海撈針，但SOAR“打開了聚光燈”，指引研究人員找到最具可行性的候選藥物。
“SOAR提供了一種可靠的方法來精確定位潛在的疾病機制，可用于幫助確定候選藥物的優先級，”羅說。
在《科學進展》的論文中，羅及其同事展示了兩項小型研究的結果：一項旨在通過驗證已知發現來測試SOAR的性能，另一項則展示其作為發現新成果工具的用途。
在第一個案例中，研究人員在SOAR的乳腺癌樣本中可視化了CXCL16和SPP1基因的空間變異性。分析顯示，每個基因的表達與不同細胞類型共定位——CXCL16與免疫激活相關，而SPP1在腫瘤中常過表達，被認為可促進腫瘤生長和轉移。
更進一步，羅的團隊利用SOAR的藥物發現模塊，將PI3K/Akt/mTOR腫瘤生長和增殖通路確定為與乳腺癌患者中這些基因相關的治療靶點，并識別了已知通過抑制癌癥增殖同時支持免疫功能來影響該通路的藥物，如西羅莫司和曲古抑菌素A。羅解釋說，重現這些已知的相互作用證明了SOAR在藥物再利用和個性化治療開發中的潛在價值。
“我們的證據……在很大程度上印證了最新發表的知識，”羅說。腫瘤微環境中CXCL16和SPP1分別具有促炎和促腫瘤作用，這表明SOAR的空間變異性、細胞間相互作用分析功能和可視化工具可用于識別生物學相關的見解。
將分析擴展到新發現時，羅及其同事利用SOAR的空間和藥物發現分析功能，識別了可能治療潰瘍性結腸炎（UC，一種炎癥性腸病/IBD）的新化合物。通過比較接受維多珠單抗治療的UC患者與健康對照的結腸活檢樣本，他們的分析發現了幾種潛在治療候選藥物，包括兩種已上市的JAK抑制劑：輝瑞的Xeljanz（托法替尼）和百時美施貴寶的Inrebic（費德拉替尼），以及拜耳的Niclocide（氯硝柳胺，通常用于治療絳蟲感染）。
“我們已經確定JAK-STAT抑制劑可作為聯合治療候選藥物，”羅說，“這可為下游研究提供參考，即考慮將藥物與維多珠單抗聯合使用，以針對對維多珠單抗無響應的患者。”
羅打算繼續探索IBD的藥物重新定位，已有幾家對SOAR能力感興趣的制藥公司與他合作，但他表示目前暫不能透露公司名稱。
羅還與Northwestern University工程系合作，探索空間轉錄組學在組織再生中的應用。
例如，從該研究中獲得的見解可幫助科學家和臨床醫生設計和植入更好的支架，以促進斷骨再生、加速愈合過程并減少疤痕形成。
羅說：“我們可以使用[SOAR]來研究支架的不同參數，如材料、支架內的孔徑，以及不同生長因子或激素的釋放，從而誘導組織生長。”
在一項目前為預印本的研究中，羅及其工程領域合作者發現，在特定參數范圍內，可將成骨細胞和成纖維細胞募集至骨折部位，以加速骨結構再生。盡管該研究尚未發表，但其結果指向了可能為再生工程中更好的生物活性植入物做出貢獻的研究方向。
最后，羅還在致力于開發工具，以實現SOAR從初始數據輸入到分子化合物優先級排序的全流程自動化。
SOAR是一個基于網絡的開源資源，羅表示他打算保持這一屬性。不過他也承認，隨著其規模和使用量的增長，維護工作確實會產生成本。
“我認為，在某個時刻，維護工作會變得越來越繁重，而且隨著我們擴展SOAR的功能，可能會達到一個需要讓其更可持續的節點——例如，向行業用戶收取少量費用，以維持這項工作。”