생물의 기관 및 그 작동 시스템은 특정 세포 하위 군집으로 구성되어 있으며, 이러한 세포의 생리적 과정 및 기능은 그들의 공간 분포 및 세포 간 상호작용과 깊게 연관되어 있습니다. 많은 연구자들이 이를 분석하기 위하여 다양한 공간 전사체 분석 방법을 제시해 왔습니다. 공간 전사체 분석 기술은 조직 내 세포의 위치 정보와 유전자 정보를 함께 제공하여 세포 생물학, 병리학, 면역학, 조직의 발달 및 구조, 의약품 개발, 식물 과학 등 다양한 분야에서 응용될 수 있는 혁신적인 기술입니다. 이 기술은 형광 이미징과 NGS(Next Generation Sequencing)를 활용한 두 가지 방법으로 나뉩니다. 이미징 기반 기술은 조직 내에서 전사체를 직접 시각화 하여 높은 효율의 감지가 가능하지만 분석 대상 범위가 한정되고 높은 셋업 난이도의 제약이 있습니다. 반면 NGS 기반 기술은 분석 대상 범위에 제한이 없으며 해상도와 접근 방법에 따라 다양하게 활용할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

최신 NGS 기반 공간 전사체 기술은 in situ capturing 방식을 통해 분석 대상 조직의 특정 영역을 분리하고 시퀀싱 기반 방법(seq-scope, stereo-seq, PIXEL-seq 등)을 활용하여 mRNA를 바코드 기반 NGS 데이터로 분석합니다. 이 기술은 1 μm 이하의 고해상도 분석과 전체 전사체(whole transcriptome) 분석이 가능하지만, mRNA를 분석 표면으로 전달(transfer)하는 과정에서 mRNA capture 효율이 극단적으로 낮아지며, 위치 정보 정확성이 떨어진다는 연구 결과를 통한 문제점이 부각되고 있습니다. 또한 높은 시퀀싱 비용 및 기반 기술의 물리적 제약에 의한 대면적 분석의 한계도 존재하기 때문에 많은 연구자들이 쉽게 접근이 어려운 상황입니다.

본 연구에서는 이러한 NGS 기반의 공간 전사체 기술의 한계를 극복하고 연구자들이 더 쉽게 활용할 수 있도록, 저비용의 고해상도 대면적 공간 전사체 분석 플랫폼을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이를 성취하기 위해 1) 고밀도 바코드 고정 겔 복제체 제작 기술, 2) 겔 기반의 초정밀 mRNA blotting 기술과 3) 공간 전사체 데이터 시각화 및 분석 기술을 중심으로 연구를 진행하고자 합니다.

제안한 연구가 성공적으로 진행이 된다면, 기존 공간 전사체 플랫폼에 의해 얻을 수 있는 데이터보다 획기적으로 높고 정확한 데이터를 확보할 수 있으며, 저비용으로 가능하기 때문에 많은 국내 연구자들이 공간 전사체 실험에 더 쉽게 참여할 수 있을 것입니다. 따라서, 새로운 실험을 통해 생물학적 지식을 빠르게 확장하고, 이를 토대로 새로운 발견이 이루어질 것으로 기대됩니다. 예를 들어 면역학, 조직의 발달 및 구조, 디지털 병리학 등 다양한 분야에 활발하게 활용될 것으로 전망됩니다.