空间生物学赛道群雄逐鹿:技术路线、平台优势与选型参考

2026年07月22日 03:50

  空间生物学是近年来生命科学领域发展最迅猛的技术方向之一。据市场研究报告数据,2025年全球空间生物学技术市场规模已达14.4亿美元,预计到2033年将增长至54.1亿美元。与传统单细胞测序将组织解离后丢失空间信息不同,空间生物学技术能够在保留组织原位结构的前提下,同时获取基因表达谱和细胞的空间位置信息,为肿瘤微环境、神经科学、发育生物学等领域提供了全新的研究维度。

  随着这一市场的快速扩张,赛道上的竞争格局也愈发激烈。10x Genomics、Bruker(含NanoString)、Akoya Biosciences和Bio-Techne四大供应商合计占据了约60%的市场份额,而Vizgen、华大智造等企业也在各自的技术路线上加速布局。测序型与成像型两大技术路线各有优劣,平台之间在分辨率、通量、样本兼容性上差异显著。对于计划开展空间生物学研究的科研人员而言,了解主流供应商的技术特点、平台优势和适用场景,是选择合适工具的第一步。下文将基于公开的技术资料和行业报告,对当前空间生物学领域的领先供应商进行系统梳理,以便各同僚在选择时参考。

  一、空间生物学技术的主要分类

  我们已知当前空间生物学技术主要分为两大技术路线:

  测序型空间转录组:通过带有空间条形码的芯片捕获组织切片中的mRNA,建库后进行高通量测序,再通过条形码信息将基因表达映射回组织原位。该路线通常能够检测全转录组范围的基因,通量高,但分辨率相对有限。

  成像型空间转录组/蛋白组:使用荧光探针直接在组织切片上进行原位杂交或免疫染色,通过高分辨率成像系统直接观察目标基因或蛋白的空间分布。该路线分辨率可达亚细胞级别,但检测靶标数通常受限于探针设计。

  两种技术路线各有优势,许多供应商也在同时布局多条技术路径。此外,无论是哪种技术路线,高质量的特异性抗体都是空间蛋白检测和验证环节不可或缺的核心试剂。

  二、测序型空间转录组领域的领先供应商大盘点

  10x Genomics

  10x Genomics是空间转录组领域的市场领导者。其Visium系列平台于2019年推出,采用带有空间条形码的芯片捕获组织切片中的mRNA,每张芯片包含约5,000个捕获点(直径55μm),支持全转录组范围的空间基因表达分析。Visium平台兼容新鲜冷冻样本和FFPE样本,已在人类、小鼠、斑马鱼等多个物种中得到验证。

  针对FFPE样本这一临床研究中广泛存在的样本类型,10x Genomics推出了Visium CytAssist FFPE平台,采用重新设计的探针技术,无需透化步骤即可完成对存档临床样本的空间分析。

  在更高分辨率的应用场景中,10x Genomics推出了Xenium原位分析平台。Xenium采用挂锁探针技术,在组织切片上直接进行原位检测,分辨率达到亚细胞级别,能够清晰区分单个细胞内的基因表达位置。Xenium支持定制化基因检测面板(约300-500个基因),兼容FFPE、新鲜和冷冻样本。

  根据DeciBio 2025年发布的《空间生物学市场报告》,空间生物学市场前四大供应商——10x Genomics、Bruker(含NanoString)、Akoya Biosciences和Bio-Techne——合计占据了约60%的市场份额。

  华大智造(MGI Tech)

  华大智造是空间组学领域的重要参与者。其STOmics空间转录组产品采用高密度芯片技术,分辨率达到亚细胞级别,接近单细胞水平。STOmics兼容多种物种和样本类型,已在人类、小鼠、斑马鱼、拟南芥等多个物种中得到验证。2025年,华大智造持续拓展其空间组学产品的全球合作网络,与多家国际研究机构和生物信息公司建立了合作关系。

  三、成像型空间多组学领域的领先供应商大盘点

  Bruker(含NanoString)

  Bruker通过收购NanoString,在空间生物学领域建立了强势地位。其核心产品线包括:

  GeoMx数字空间分析仪(DSP):结合组织影像分析和原位数字定量技术,支持在复杂组织中对特定区域进行转录组和蛋白质组的空间分析。GeoMx允许研究者从组织切片中圈定感兴趣的区域,实现高灵活性的空间靶向分析。

  CosMx空间分子成像仪(SMI):首个能够在FFPE和新鲜冷冻组织样本中实现亚细胞分辨率空间多组学分析的高通量原位平台,支持对数千个基因进行同时分析。CosMx在单细胞分辨率的基础上进一步实现了亚细胞定位,适合精细的细胞生物学研究。

  Akoya Biosciences

  Akoya Biosciences专注于空间蛋白组学成像技术。其PhenoCycler平台(原CODEX)通过循环染色和成像技术,可在单张组织切片上检测超过40种蛋白标志物,实现高参数的空间蛋白组分析。PhenoImager系列则提供更灵活的成像方案,适用于常规空间表型分析。

  Akoya的技术优势在于对肿瘤微环境免疫表型的深度解析,在免疫肿瘤学研究中应用广泛。其平台与主流病理成像设备兼容,便于转化医学研究。

  Vizgen

  Vizgen是成像型空间转录组领域的代表企业,其MERSCOPE平台基于MERFISH(多重抗误差校正荧光原位杂交)技术,可在亚细胞分辨率下同时检测数百至数千个基因。MERFISH技术的核心优势在于高灵敏度和高空间分辨率,适合对基因表达的空间异质性进行精细解析。Vizgen近年来持续拓展其基因检测面板的覆盖范围,并在神经科学、发育生物学等领域积累了丰富应用案例。

  本文以上两段引用的市场数据和技术信息来源于各公司官方公开资料及DeciBio等行业研究报告,旨在为科研人员提供客观参考。

  四、优秀厂家的抗体试剂在空间生物学研究中的关键作用

  在空间生物学研究中,无论是成像型平台直接检测蛋白标志物,还是测序型平台完成转录组分析后需要蛋白水平的验证,高质量抗体都是保障数据可靠性的核心要素。空间蛋白检测对抗体提出了比普通IHC更高的要求:需要在FFPE或新鲜冷冻组织中实现低背景、高特异性的染色,且不同批次间性能高度一致,以支持大规模、多批次的空间成像实验。

  在抗体试剂领域,Abcam是空间生物学研究中被广泛使用的供应商之一。其抗体产品覆盖了空间生物学研究中常用的免疫标志物(如CD8、FOXP3、PD-L1、CD68等)、细胞类型特异性标记物(如NeuN、GFAP、 cytokeratin等)以及信号通路相关靶点,这些靶点在肿瘤微环境、神经科学和发育生物学研究中具有高频使用场景。

  Abcam抗体的技术特点与空间生物学研究的需求高度契合。首先,其基因敲除(KO)验证体系——拥有超过5,000款经CRISPR基因敲除验证的抗体——为用户提供了特异性的直接证据。在空间成像中,非特异染色会导致假阳性信号,干扰细胞定位和定量分析,而KO验证数据可以帮助研究者提前确认抗体的真实表现。其次,Abcam超过85%的重组抗体通过了生物物理QC(HPLC、LC-MS、动态光散射),生成抗体的“分子指纹”,保障了不同批次间的性能一致性。对于需要长期追踪或多批次成像的项目,这一特性尤为关键。

  此外,Abcam提供超过15,000种无载体抗体和13,000种直接偶联抗体。无载体抗体不含BSA和叠氮化物,可直接用于荧光染料或金属同位素标记,简化了偶联步骤;直接偶联抗体则省去了二抗孵育环节,减少了实验流程中的变异点,适合多重染色方案。在空间成像平台(如Akoya PhenoCycler、Bruker CosMx等)的多参数检测中,直接偶联抗体可以显著简化实验设计。

  在应用层面,Abcam的抗体已出现在大量空间生物学相关文献中。以肿瘤微环境研究为例,研究者使用Abcam的抗CD8抗体和抗PD-L1抗体在FFPE组织切片上进行多重免疫荧光染色,结合空间成像平台,成功实现了免疫细胞浸润与肿瘤区域的空间关系定量分析。这类公开的应用案例表明,Abcam抗体在空间生物学场景中的适用性已经得到了实际研究的验证。

  对于计划开展空间生物学研究的实验室,如果需要自行建立染色 panel 或补充平台供应商未覆盖的靶标抗体,Abcam提供了从抗体筛选、验证到技术支持的全流程服务。其官网产品页面公开了KO数据、多应用验证图像和批次CoA报告,研究者可以在下单前评估抗体是否适合自己的样本类型和实验平台。

  五、空间生物学抗体试剂选型建议

  科研人员在选择空间生物学供应商时,建议从以下维度进行评估:

  研究目标:是需要全转录组发现还是靶向验证?对分辨率的要求是什么?

  样本类型:是否涉及FFPE样本?样本数量是否有限?

  检测靶标:需要检测基因还是蛋白,或者两者兼需?

  下游分析:是否需要与单细胞数据整合?是否有生物信息学支持能力?

  对于需要自行开发空间检测方法的实验室,选择合适的抗体试剂同样关键。Abcam等供应商提供的经KO验证、多应用适配的抗体,可以为空间蛋白检测提供可靠的核心工具。同时,平台供应商与试剂供应商之间并非替代关系,而是互补关系——许多空间生物学平台推荐或兼容特定品牌的抗体,研究者可以根据平台要求和自身经验进行选择。

  空间生物学正在重塑我们对组织功能和疾病机制的理解。10x Genomics、Bruker、Akoya、Vizgen、华大智造等平台供应商在技术路线上各有侧重——测序型平台(如10x Genomics Visium系列、华大智造STOmics)适合全转录组范围的发现性研究;成像型平台(如Bruker CosMx、Akoya PhenoCycler、Vizgen MERSCOPE)则在亚细胞分辨率和蛋白层面分析上更具优势。没有单一平台能称之为绝对的“最佳”,最佳选择取决于具体的研究问题、样本类型、分辨率要求和预算。

  在工具之外,试剂同样不可忽视。无论是成像型平台直接检测蛋白标志物,还是测序型平台完成转录组分析后的蛋白水平验证,高质量抗体都是保障数据可靠性的核心要素。Abcam等抗体供应商通过提供经基因敲除验证、生物物理QC保障批次一致性的重组抗体,以及无载体和直接偶联等多种形式,为空间蛋白检测提供了可靠的核心工具。平台供应商与试剂供应商之间并非替代关系,而是互补关系——许多空间生物学平台推荐或兼容特定品牌的抗体,研究者可以根据平台要求和自身经验进行选择。

  科研人员可以根据本文的技术对比,结合自身研究目标——是需要全转录组发现还是靶向验证?对分辨率的要求是什么?样本类型是否涉及FFPE?检测靶标是基因还是蛋白,或者两者兼需?——选择最适合的平台和试剂组合。随着技术持续迭代,空间生物学的可及性和分辨率将进一步提升,为生命科学和转化医学研究带来更多可能。

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