Пространственная транскриптомика и пространственная мультиомика

01Обзор и цепочка создания стоимости

Маркеры: [ЭК: Human Cell Atlas / ЕС Single-Cell & Spatial Omics | ОЭСР: Геномика и биоинформатика | Регулятор: FDA (США), EMA (ЕС), NMPA (Китай)]

Пространственная транскриптомика измеряет экспрессию генов, сохраняя физическое положение каждой транскриптной молекулы на интактном срезе ткани, превращая диссоциированную клеточную суспензию в молекулярную карту с координатной адресацией. Эту задачу решают два дополнительных семейства химии: секвенационные методы (Visium, Stereo-seq) наносят ткань на баркодированный массив из пятен или ДНК-наношариков, захватывают освобождённую мРНК in situ, затем секвенируют баркоды обратно к их координатам для несмещённого покрытия всего транскриптома; визуализационные методы (Xenium, MERSCOPE/MERFISH, CosMx, Molecular Cartography) гибридизуют флуоресцентные панели зондов с РНК прямо на слайде и считывают сотни–тысячи мишеней на субклеточном разрешении через циклическую микроскопию. Мировой рынок визуализаторов пространственной транскриптомики вырос примерно с 420 млн долларов США в 2023 году до прогнозируемых 1,28 млрд долларов США в 2026 году — СAGD 32,5% — и к концу 2025 года свыше 380 исследовательских институтов и фармкомпаний приобрели или арендовали прибор, причём онкология давала 54% выручки, а доля фармацевтических конечных заказчиков выросла с 28% в 2023 году до 43% в 2026 году. Технология смещается из исследовательской новинки в рабочий процесс поиска лекарств и биомаркеров: один прогон CosMx Whole-Transcriptome визуализирует более 18 000 мишеней РНК человека на клетку in situ, MERSCOPE Ultra картит около 1 000 пользовательских генов на 3 см² ткани с разрешением пикселя ~100 нм, а считывание РНК-плюс-белок «пространственной мультиомики» на одном слайде (более 19 000 РНК с 72 белками на CosMx Same-Cell Multiomics) стало конкурентным фронтиром.

Ключевые направления пространственной транскриптомики и пространственной мультиомики:

1. NGS-захват на чипе (Visium HD, Stereo-seq): ткань наносится на баркодированный массив пятен или ДНК-наношариков для несмещённого покрытия всего транскриптома на разрешении от многоклеточного до субклеточного с последующим секвенированием.
2. Визуализационное in situ-картирование (Xenium, MERSCOPE, CosMx): циклическое флуоресцентное зондирование целевых панелей из 500–1 000+ генов на истинном субклеточном разрешении с обнаружением отдельных молекул транскриптов.
3. Пространственная мультиомика (РНК + белок, один срез): CosMx Same-Cell Multiomics, белки Visium и Akoya PhenoCycler считывают РНК и 70+ белковых маркеров на одном срезе, связывая фенотип с транскриптомом в одной клетке.
4. ИИ-пространственный анализ: сегментация клеток на глубоких нейросетях, выявление пространственных доменов (модели Vision-Transformer) и анализ микроокружения, превращающие пиксельный сигнал в карты опухолевого микроокружения и пространственные сигнатуры биомаркеров.

Секторальная цепочка создания стоимости

[Срез ткани на пространственном слайде] ──> [In-situ захват / гибридизация зондов] ──> [NGS-секвенирование ИЛИ циклическая визуализация]
                                                       │
                                            (декодирование баркод → ген)
                                                       │
                                                       ▼
[Сигнатура пространственного биомаркера] <─── [ИИ-сегментация клеток и анализ микроокружения] <─── [Координатная карта транскриптов]

Уровни цепочки создания стоимости

Сквозные технологии сектора:

• Пространственные баркодированные массивы: паттернированные слайды — баркодированные пятна (Visium, ~2 мкм для Visium HD) или накатанные чипы ДНК-наношариков (Stereo-seq, элементы до ~500 нм) — которые метят каждую захваченную мРНК её координатой x/y перед секвенированием.
• Помехоустойчивое комбинаторное баркодирование (MERFISH): каждый ген получает бинарный штрихкод с хэмминговым разделением, считываемый за последовательные флуоресцентные циклы, так что подсчёт молекул РНК остаётся точным даже при ошибках считывания в отдельном цикле.
• Сегментация клеток и пространственный ИИ на глубоких сетях: свёрточные модели и модели Vision-Transformer, которые по морфологии и сигналу относят каждый транскрипт к клетке, а затем выявляют пространственные домены и клеточные микроокружения, недоступные глазу.

02США

Соединённые Штаты доминируют в поставках пространственно-омикных платформ: четыре ведущих производителя приборов — 10x Genomics, Vizgen, Akoya Biosciences и NanoString (ныне Bruker Spatial Biology) — базируются в США, а Северная Америка удерживает около 68% мировой установленной мощности.

10x Visium/Xenium, Vizgen MERSCOPE, Akoya PhenoCycler, NanoString/Bruker CosMx

• 10x Genomics и стек Visium/Xenium: 10x владеет секвенационной линейкой Visium (Visium HD с разрешением ~2 мкм, близким к одноклеточному) и визуализационной платформой Xenium In Situ, чья панель Xenium Prime 5K картит 5 000 генов на субклеточном разрешении — исследование Genome Biology за январь 2026 года сопоставило Visium v1, v2/CytAssist, Visium HD, Xenium и CosMx напрямую на шести типах рака.
• Vizgen MERSCOPE: MERSCOPE Ultra от Vizgen визуализирует до 1 000 пользовательских генов на 3 см² ткани с разрешением пикселя ~100 нм, используя химию MERFISH 2.0, которая, по данным препринта bioRxiv 2026 года, даёт восьмикратный прирост чувствительности над MERFISH 1.0 при сохранении количественной согласованности (Пирсон r ≥ 0,8).
• Akoya Biosciences и NanoString/Bruker: Akoya PhenoCycler-Fusion лидирует в пространственной протеомике, обнаруживая 100-плюс белковых биомаркеров на срез при 0,25 мкм/пиксель циклической иммунофлуоресценцией с модулями РНК in situ-гибридизации; CosMx от NanoString (ныне Bruker Spatial Biology) в феврале 2024 года запустила панель РНК на 6 000 плекс и анализ Whole-Transcriptome, визуализирующий около 19 000 генов, расширенный в 2025 году до Same-Cell Multiomics с измерением более 19 000 РНК плюс 72 белков на одном срезе FFPE.

03КНР

Китай — быстрорастущий пространственно-омикный регион: мощность Азиатско-Тихоокеанского региона расширяется примерно на 47% в год, его опорой служит нативная платформа Stereo-seq и быстро растущая патентная база, причём доля китайских заявителей в патентах по пространственной транскриптомике выросла с 12% в 2020 году до 31% в 2026 году.

BGI/STOmics Stereo-seq, ДНК-наношариковые чипы, атласные программы MOST

• BGI STOmics и Stereo-seq: подразделение STOmics компании BGI разработало Stereo-seq — секвенационную платформу на массивах ДНК-наношариков (DNB) с размером элемента на нанометровом масштабе, что даёт уникально большое поле зрения на субклеточном разрешении; это ведущая нативная технология пространственной транскриптомики Китая и основа атласов целых органов и эмбриогенеза.
• Сеть дистрибуции и сервиса: Stereo-seq и импортируемые платформы Visium HD / Akoya распространяются и выполняются как услуга на китайском рынке CRO, при этом публично тендерный сервис Stereo-seq в 2025 году оценивался примерно в 78 000 юаней за проект, что указывает на рутинную коммерческую доступность.
• MOST и национальные программы: Министерство науки и технологий финансирует атласные программы пространственно-временной омики, питающие внутреннюю разработку лекарств и подъём отечественного патентования, сместивший к 2026 году треть мирового пространственно-омикного ИП к китайским заявителям.

04ЕС

Европейский союз — сильный академический участник и родина одной коммерческой пространственной платформы, но ни один европейский производитель приборов не соперничает с четырьмя американскими гигантами; его вес — в разработке методов, проекте Human Cell Atlas и качестве данных регуляторного уровня.

Resolve Biosciences, академические хабы, надзор EMA

• Resolve Biosciences: немецкая компания (Монхайм-ам-Райн) коммерциализирует платформу Molecular Cartography — целевую систему пространственной транскриптомики на основе in situ-секвенирования и пэдлок-зондов, называемую наряду с CosMx и Xenium среди коммерческих визуализационных платформ (Nature Methods, 2025).
• Академические хабы: EMBL, Институт Сенгера и партнёрские европейские геномные институты развивают методы Human Cell Atlas и инструменты пространственного анализа с открытым кодом.
• Надзор EMA: EMA применяет требования к целостности данных и качеству реактивов к пространственным считываниям, используемым в регулируемых заявках на поиск лекарств, параллельно контролю FDA 21 CFR Part 11 над визуализационным и аналитическим программным стеком.

05Ведущие компании и научно-исследовательские институты

06Технологический стек и инновации

Стек пространственной омики сопрягает ядро in-situ химии, высокоразрешающее считывание (секвенатор или циклический визуализатор) и слой анализа на глубоком обучении в единый рабочий процесс, который фарма покупает прибором, набором реактивов или полноценным сервисным проектом CRO.

1. In-situ захват и химия зондов:
   • Секвенационные платформы паттернируют баркодированные элементы на слайде — пятна Visium HD до ~2 мкм, элементы ДНК-наношариков Stereo-seq до ~500 нм — так что каждая захваченная мРНК несёт свою координату до NGS.
   • Визуализационные платформы гибридизуют панели олигонуклеотидных зондов (помехоустойчивые баркоды MERFISH, прямая гибридизация CosMx, in situ-секвенирование Xenium), которые затем считываются за последовательные флуоресцентные циклы для вызова отдельных молекул транскриптов.
2. Высокоплексное считывание (NGS + циклическая флуоресцентная визуализация):
   • NGS-считывание даёт несмещённое покрытие всего транскриптома (CosMx ~19 000 генов, Stereo-seq и Visium HD на уровне транскриптома), тогда как циклическая визуализация достигает 1 000-плюс целевых генов на субклеточном разрешении и оптическом масштабе 200 нм.
   • Пропускная способность резко выросла — CosMx Same-Cell Multiomics теперь считывает более 19 000 РНК с 72 белками на одном срезе FFPE, а Akoya PhenoCycler визуализирует около 1 млн клеток менее чем за 10 минут при 100-плекс белке.
3. Пространственная биоинформатика и ИИ:
   • Сегментация клеток, обнаружение пространственных доменов и анализ микроокружения выполняются в Seurat, Squidpy и специализированных моделях глубокого обучения (фреймворки Vision-Transformer), сливающих гистологию H&E с координатами транскриптов для реконструкции одноклеточной экспрессии.
   • Пространственные сигнатуры — организация и близость клеточных подмножеств в опухолевом микроокружении — по данным метаанализа JAMA Oncology более 8 000 пациентов предсказывают ответ на терапию анти-PD-1/PD-L1 точнее, чем PD-L1, TMB или GEP по отдельности.

07Цепочки создания стоимости и производственные конвейеры

Промышленный конвейер сервиса пространственной транскриптомики (ISO 9001 / CLIA-совместимая обработка данных, FDA 21 CFR Part 11)

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. Срез ткани на          │ ───> │ 2. In-situ захват /       │
│    пространственный слайд │      │    гибридизация зондов    │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                  │
                                                  ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. NGS-секвенирование     │ <─── │ 3. Сборка библиотеки /    │
│    ИЛИ циклическая        │      │    циклы визуализации     │
│    визуализация           │      │                           │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. Декодирование и        │ ───> │ 6. ИИ-пространственный    │
│    сегментация клеток     │      │    анализ и отчёт         │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

Этап 1: Срез ткани на пространственный слайд или чип

Блок свежемороженой или FFPE-ткани нарезается на баркодированный слайд захвата (Visium, Stereo-seq) или визуализационный чип (Xenium, MERSCOPE, CosMx) с сохранением морфологии и целостности РНК, а согласованное H&E- или иммунофлуоресцентное изображение фиксируется для последующей регистрации.

Этап 2: In-situ захват или гибридизация зондов

Освобождённая мРНК захватывается баркодированными элементами массива (NGS-методы) или гибридизуется панелью флуоресцентных зондов (визуализационные методы) прямо на срезе, причём химия на слайде выполняется через автоматизированные флюидик-модули; в мультиомик-сценариях баркодированные антитела наносятся в том же проходе для мечения белков.

Этап 3: Сборка библиотеки или циклы визуализации

Для секвенационных платформ захваченная кДНК амплифицируется в NGS-библиотеку; для визуализационных платформ слайд проходит последовательные флуоресцентные циклы (десятки циклов) для считывания комбинаторного баркода каждого гена, а помехоустойчивое кодирование MERFISH не даёт ошибкам отдельного цикла исказить идентичность транскрипта.

Этап 4: NGS-секвенирование или циклическая визуализация

Библиотека секвенируется на приборе класса Illumina для покрытия всего транскриптома, либо чип визуализируется на платформенном микроскопе (Xenium Analyzer, MERSCOPE Ultra, CosMx SMI) с разрешением пикселя ~100–250 нм для локализации отдельных молекул транскриптов — CosMx Whole-Transcriptome и Stereo-seq доставляют десятки тысяч генов на срез.

Этап 5: Декодирование и сегментация клеток

Баркоды привязываются обратно к пространственным координатам, транскрипты вызываются по панели генов, а модели сегментации на глубоком обучении сливают изображение морфологии с сигналом транскриптов для проведения границ отдельных клеток — бенчмарк Genome Biology за январь 2026 года показывает, что Xenium Prime 5K достигает медианы 242 транскрипта на клетку против 58 у Xenium v1.

Этап 6: ИИ-пространственный анализ и отчёт по сигнатуре

Вычисляются пространственно-вариабельные гены, тканевые домены, деконволюция типов клеток и клеточные взаимодействия (Seurat, Squidpy, модели Vision-Transformer), а CRO передаёт клиенту карту тканевых доменов, граф клеточного микроокружения и сигнатуру пространственного биомаркера — всё чаще привязываемую клиентом к клинической исходе, такой как ответ на иммуноотерапию.