突破现有局限！南开大学刘书琳/庞代文团队开发新型空间转录组学技术，实现RNA分子在细胞和组织原位高速、高灵敏度、高分辨率检测

近日，国际顶级学术期刊《Nature Communications》发表了南开大学刘书琳/庞代文团队的一项最新研究成果。该研究成功开发了一种名为TDDN-FISH（四面体DNA树突状纳米结构增强荧光原位杂交）的新型空间转录组学技术。该技术通过巧妙的DNA纳米结构设计，实现了RNA分子在细胞和组织原位的高速、高灵敏度、高分辨率检测，解决了当前领域在检测速度、信号强度以及对短RNA检测能力方面的多重瓶颈。

TDDN-FISH探针设计与空间转录组图像分析示意图

核心亮点：DNA纳米结构信号放大器

高效、快速的TDDN-FISH用于细胞内RNA的原位检测

空间转录组学旨在解析基因在组织三维空间中的表达位置和模式，对于理解生命活动、疾病发生发展至关重要。然而，现有技术如smFISH需要大量探针，HCR-FISH等信号放大技术则过程繁琐耗时，且难以有效检测miRNA等关键短链RNA。

研究团队的创新核心在于设计了一种三层级的四面体DNA树突状纳米结构。该结构像一座精密的信号塔：底层与靶标RNA结合，中间层作为支架，最外层则大量连接荧光分子。这种树突状分级放大结构，使得结合一个RNA分子就能产生极强的荧光信号，无需传统的酶参与放大，从而避免了酶活性波动带来的不稳定性。研究表明，TDDN-FISH的单轮检测时间仅需约1小时，比常用的HCR-FISH快约8倍。在检测细胞中高表达的ACTB mRNA时，其信号强度是smFISH的3倍、HCR-FISH的2倍。更突出的是，该技术仅用1条探针就能清晰成像长度仅72个核苷酸的miR-21，展现了其对短RNA的强大检测能力。

应用广泛：从病毒入侵动态到大脑细胞图谱

利用TDDN-FISH对甲型流感病毒RNA进行时空动态定位

研究团队展示了TDDN-FISH在多个重要生物学问题中的应用潜力。

• 病毒感染机制：成功追踪了甲型流感病毒（IAV）8个不同RNA片段在宿主细胞内的动态过程，直观展示了病毒入胞、复制和组装的时空路径。

• 脑科学研究：在对小鼠大脑组织的分析中，该技术成功区分了谷氨酸能神经元、GABA能神经元、星形胶质细胞等6种主要细胞类型，并绘制了它们的精确空间分布图谱。在初级视觉皮层（V1）的分析中，更是清晰揭示了不同层级的兴奋性神经元具有特定的空间分布规律。

基于TDDN-FISH的小鼠脑内细胞类型定位

通过TDDN-FISH原位检测对小鼠初级视觉皮层神经元亚型进行空间定位

技术优势与未来展望

与现有多种FISH技术相比，TDDN-FISH的优势可概括为：无酶、快速、灵敏、通用。其模块化的设计还支持多轮循环成像，利用不同荧光颜色组合对数十甚至上百种RNA进行条形码标记，从而实现高通量空间转录组分析。该技术为在单细胞和亚细胞水平系统解析组织功能、细胞异质性和疾病机制提供了强大工具。未来，该技术有望与超分辨率显微镜等技术结合，进一步突破极限，在生物医学研究和临床诊断中发挥重要作用。（转化医学网360zhyx.com）

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64294-1

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