這項研究以“Molecular, spatial and functional single-cell profiling of the hypothalamic preoptic region”為題發(fā)表在《Science》雜志上，作者之一，哈佛大學的Catherine Dulac認為，”這項研究讓我們對大腦的細胞、分子和功能組織有了突破性的詳細了解，我們以前所未有的方法理解了一些行為，所用技術可以在大腦的任何地方用于任何功能的解析。“
一個難題
前人已經(jīng)意識到，在腦研究過程中，需要了解它的細胞組成部分，所以，如果拿一塊組織來看細胞表達的基因，它會告訴你大腦有多少種細胞類型，但這其中有一個問題：在將細胞從組織中分離出來的過程中，科學家們丟失了一條寶貴的信息——即細胞在大腦組織中是如何組織起來的。
Dulac說:“真正想了解大腦，你還需要一個空間背景（spatial context），因為大腦細胞不像肝 臟或其他器官那樣以對稱的方式組織，大腦的不同尋常之處在于它具有神經(jīng)元的拓撲結構。因此，我們希望能夠觀察大腦的一部分，看看那里有哪些細胞、它們在哪里，以及它們周圍有哪些類型的細胞。"
現(xiàn)在，這項新研究解決了Dulac所說的這一基本生物學問題和隨之而來的技術挑戰(zhàn)。
必殺器——MERFISH
莊小威的實驗室近年來開發(fā)了一種簡稱為MERFISH的完美工具。
“我們的細胞中有成千上萬的基因被表達出來，從而形成賦予細胞功能的分子機制，”莊小威說，“我希望能夠同時對所有這些基因進行成像，這就是我們開發(fā)MERFISH的原因。"
MERFISH方法的工作原理是將生物條碼分配給細胞的RNA，將它們與DNA探針文庫雜交來表示這些條碼，然后通過成像讀出這些條碼來確定單個RNA分子的身份。通過多輪成像，可以同時讀出許多不同的條碼。
“這種方法的一個驚人特性是可以成像的基因數(shù)量和成像輪數(shù)之間的指數(shù)比例，”莊小威說，“如果你想看10，000個基因，你可以嘗試蠻力方法，一次一個，當然沒有人會這樣嘗試。MERFISH非常強大，因為它允許我們在大約10輪成像中對數(shù)千種不同的RNA進行成像和區(qū)分。"
此外，莊小威和同事在MERFISH中構建了一種糾錯方法，以確保條碼能夠被正確讀取。該小組沒有使用所有可能的條碼（即一個錯誤可能會導致一個代碼被誤讀為另一個有效的代碼），而是選擇了一個條碼子集，只有當多個錯誤同時出現(xiàn)時，該子集才會被誤讀，從而大大降低了錯誤識別基因的幾率。
“MERFISH的主要應用之一是原位識別細胞類型。不同的細胞類型有不同的基因表達譜。因此，這些基因表達譜為細胞類型鑒定提供了定量和系統(tǒng)的方法。由于我們可以通過MERFISH成像在完整組織中做到這一點，我們也可提供這些細胞類型的空間結構（spatial organization）。"莊小威解釋道。
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