绘制复杂组织空间分子图谱对于理解细胞在生理和病理状态下的功能至关重要。然而，以往的研究多局限于二维数据或小范围的空间蛋白分析，缺乏对大型生物组织进行三维分子分析的方法。2022年，德国马克斯·普朗克生化研究所的Matthias Mann与组织工程与再生医学研究所的Ali Ertürk合作，在《Cell》杂志上发表了题为“三维完整样本中的空间蛋白质组学”的研究文章。他们开发了一种创新的空间蛋白质组学技术——DISCo-MS，该技术通过整合整组织透明化、成像技术、深度学习图像分析、智能组织提取和高灵敏度质谱技术，实现了对全组织区域的无偏空间蛋白质组学分析，并保留了三维立体空间背景信息，有助于揭示疾病模型中初始病理事件相关的空间-分子图谱。研究者还开发了DISCO-bot，一种机械组织提取系统，能够处理包括成年小鼠和完整人类器官在内的挑战性样本。

DISCo-MS技术的工作原理是：首先透明化，然后利用光片显微镜对完整组织中的特定部位进行荧光成像。在确定感兴趣的区域后，利用DISCO-bot机器人技术或激光捕获显微切割（LCM）技术对选定的区域进行提取，最后通过先进的质谱方法对提取的组织进行蛋白质组分析。这项技术的优势在于能够在整个小鼠身体或人体器官中以三维方式识别任何所需组织区域的分子特征。

利用DISCO-MS技术，研究者研究了脑损伤后沿轴突束的小胶质细胞激活，并在阿尔茨海默病小鼠模型中表征了早期和晚期单个β-淀粉样蛋白斑块。DISCO-bot机器人辅助样本提取使研究者能够探究完整小鼠体内的免疫细胞和完整人类心脏主动脉斑块的区域异质性。在对整个样本进行3D无偏成像后，DISCO-MS技术能够对临床前和临床组织进行无偏蛋白质组分析，为复杂疾病的诊断和治疗提供了更多机会。

研究团队利用这项技术绘制了从完整小鼠和人类器官中分离的目标区域的空间蛋白质组分子图谱，揭示了小鼠脑组织、骨髓组织和人类心脏动脉斑块的异质性。

图1.透明化后的啮齿动物和人类组织的蛋白质组。

图2. DISCO-MS显示mTBI对全脑离散区域的影响。

图3. 5xFAD小鼠全脑斑块深度学习分析。

图4.DISCO-MS揭示了AD小鼠模型中的单斑块蛋白质组。

图5. DISCO-bot能够在成像时从清除的大样本中进行非破坏性组织提取。

图6. Disco-bot辅助DISCO-MS对小鼠全体骨髓壁龛的影响

图7. 冠状动脉粥样硬化斑块的人类心脏透明化、成像和蛋白质组学研究。

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文献链接：Spatial proteomics in three-dimensional intact specimens

相关案例展示：

C57整鼠

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脑区c-Fos信号提取

分辨率： 3.3 μ m x 3.3 μm x 7 μm

按照atlas脑分14个脑区，不同脑区用不同颜色渲染

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兔脊髓

样品尺寸：1.5 cm x 7 cm x 3 cm

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