一种组织来源细胞外囊泡空间分辨捕获方法及系统

本技术涉及基于图像信号域的生物样本处理和细胞外囊泡检测，尤其涉及一种组织来源细胞外囊泡空间分辨捕获方法及系统。

背景技术：

1、细胞外囊泡是由细胞释放并具有脂质双层膜结构的纳米级囊泡，可携带蛋白质、核酸和脂质等分子信息。不同组织区域中的细胞外囊泡在数量、组成及来源方面可能存在差异，因此，在获取细胞外囊泡的同时保留其组织来源位置，对于研究组织微环境和区域间细胞通信具有重要意义。

2、现有组织来源细胞外囊泡处理方式通常包括组织匀浆后分离，或者使囊泡从组织切片中被动释放并在邻近载体上富集。组织匀浆会消除原有空间坐标；被动释放又容易受到迁移距离、横向扩散和非特异吸附影响，使捕获信号偏离原始组织区域。

3、因此，如何在不整体匀浆离体组织切片的情况下，使细胞外囊泡的迁出、捕获和去杂过程保持与原始组织位置的可追溯对应关系，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提出了一种组织来源细胞外囊泡空间分辨捕获方法及系统，以期在不整体匀浆离体组织切片的情况下，获得能够回映至原始组织位置的细胞外囊泡空间分布结果。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种组织来源细胞外囊泡空间分辨捕获方法，应用于包括第一电极、第二电极、垂直限域部件、多孔亲和捕获膜和杂质收集层的空间分辨捕获系统。所述方法包括：获取捕获输入信息；解析所述捕获输入信息，得到离体组织切片、组织图像、迁移控制信息和空间配准信息；根据所述迁移控制信息，在所述第一电极与所述第二电极之间形成沿所述离体组织切片法向的电场，通过所述垂直限域部件的法向迁移通道限制细胞外囊泡的横向位移并引导其沿所述法向迁移，由所述多孔亲和捕获膜的亲和捕获位点进行捕获，得到空间捕获膜；根据所述空间捕获膜和所述迁移控制信息执行电场洗涤，保持所述细胞外囊泡与所述亲和捕获位点结合，并将未捕获物驱入所述杂质收集层，得到去杂捕获膜；检测所述去杂捕获膜中的细胞外囊泡信号，根据所述空间配准信息将所述细胞外囊泡信号的膜位置与所述组织图像配准，输出细胞外囊泡空间分布结果。

3、可以看出，本实施例中，沿离体组织切片法向形成的电场为细胞外囊泡提供主动迁移动力，法向迁移通道限制迁移过程中的横向位移，亲和捕获位点在迁移终点固定细胞外囊泡，电场洗涤在保持亲和结合的同时移除未捕获物。由此，捕获信号能够在降低非特异背景的同时保留与组织来源位置的对应关系，并可根据空间配准信息回映至组织图像。

4、在一个可能的示例中，根据所述离体组织切片和所述迁移控制信息确定所述法向，沿所述法向依次设置所述第一电极、隔离层、缓冲与预过滤层、所述离体组织切片、所述垂直限域部件、所述多孔亲和捕获膜、所述杂质收集层和所述第二电极，得到迁移捕获层叠体；根据所述迁移控制信息控制所述迁移捕获层叠体形成受控法向迁移状态；在所述受控法向迁移状态下，使从所述离体组织切片迁出的细胞外囊泡经所述法向迁移通道到达所述多孔亲和捕获膜，并由所述亲和捕获位点捕获，得到所述空间捕获膜。

5、可见，本示例中，各功能层沿组织切片法向形成连续迁移路径，隔离层降低电极与样本直接接触的风险，缓冲与预过滤层保持导电介质连续并阻挡不适于进入迁移通道的较大组分，法向迁移通道和亲和捕获位点共同维持组织位置至膜位置的局部对应关系。

6、在一个可能的示例中，根据所述迁移控制信息和所述迁移捕获层叠体，基于所述第一电极和所述第二电极相对于所述离体组织切片的位置确定电激励方向、电激励强度和通断时序，提取电流阈值、温升阈值和气泡状态条件，并组成保护条件；将所述电激励方向、所述电激励强度和所述通断时序编排为电场控制序列；按照所述电场控制序列施加电激励，通过所述隔离层阻隔电极与所述离体组织切片直接接触，并通过所述缓冲与预过滤层保持导电介质连续，采集电流状态、温度状态、气泡状态和电场方向状态，得到运行状态信息；根据所述运行状态信息、所述电场控制序列和所述保护条件调节所述电激励，直至形成所述受控法向迁移状态。

7、可见，本示例中，电激励参数、保护条件和运行状态被纳入同一控制闭环，能够在维持法向迁移方向的同时约束电流、温升和气泡状态，降低异常运行对组织样本、亲和捕获状态及空间对应关系的干扰。

8、在一个可能的示例中，根据所述运行状态信息、所述电场控制序列和所述保护条件确定偏差状态；根据所述偏差状态生成调节指令；按照所述调节指令调节所述电激励，并在下一运行状态采集时点重新采集运行状态，得到更新后的运行状态信息；在更新后的运行状态满足条件时形成所述受控法向迁移状态，否则返回执行偏差确定步骤。

9、可见，本示例中，调节后的运行状态会被再次采集和判定，避免仅依据一次异常检测直接确认控制结果，使电激励调节形成可重复执行的反馈链路，有利于保持迁移过程的连续性和受控性。

10、在一个可能的示例中，解析所述偏差状态，得到偏差类型和偏差程度；根据所述偏差类型和所述偏差程度生成候选调节动作集；按照预设保护优先级对所述候选调节动作集进行排序，得到目标调节动作；根据所述目标调节动作确定动作参数和下一运行状态采集时点，并封装为所述调节指令。

11、可见，本示例中，偏差识别、候选动作生成、保护优先级排序和指令封装依次进行，使多个运行异常能够转换为具有明确执行次序和复核时点的调节指令，减少不同保护动作相互冲突的可能性。

12、在一个可能的示例中，将各所述偏差类型及其对应的偏差程度分别归入电流超限类别、温升超限类别、气泡异常类别和电场方向异常类别中的至少一种，得到分项偏差记录；分别根据各类别的分项偏差记录确定第一候选调节动作、第二候选调节动作、第三候选调节动作和第四候选调节动作；汇集已确定的候选调节动作，得到所述候选调节动作集。

13、可见，本示例中，不同物理成因的偏差被分别处理，电流、温升、气泡和方向异常能够对应至降低电激励强度、延长断电间隔、执行降温、暂停电激励、排出气泡或调整电极极性等动作，有利于提高异常处置的针对性。

14、在一个可能的示例中，根据所述空间捕获膜和所述迁移控制信息确定亲和保持条件、所述多孔亲和捕获膜的孔道贯通方向和电场可调范围，组成洗涤约束信息；根据所述洗涤约束信息生成洗涤控制序列；按照所述洗涤控制序列施加指向所述杂质收集层的洗涤电场，得到洗涤迁移状态；在所述洗涤迁移状态下，将与所述亲和捕获位点结合的细胞外囊泡保留于所述多孔亲和捕获膜，并将所述未捕获物驱入所述杂质收集层，得到所述去杂捕获膜。

15、可见，本示例中，洗涤电场的方向和强度同时受孔道贯通方向、可调范围及亲和保持条件约束，因而能够在不破坏目标亲和结合的情况下，将未捕获物沿预定方向迁出捕获区域，降低膜上非特异背景。

16、在一个可能的示例中，根据所述洗涤约束信息，将所述亲和保持条件转换为洗涤强度约束，将所述孔道贯通方向转换为电场方向条件，并根据所述电场可调范围确定洗涤参数候选范围，得到洗涤参数匹配条件；在所述洗涤参数候选范围内生成候选洗涤参数，并筛除不满足条件的候选洗涤参数，得到目标洗涤参数；为所述目标洗涤参数配置作用时长和通断方式，编排得到所述洗涤控制序列。

17、可见，本示例中，抽象的亲和保持要求和膜孔道要求被转换为可用于参数筛选的匹配条件，使洗涤控制序列能够依据当前捕获膜状态生成，而不是固定采用单一洗涤参数。

18、在一个可能的示例中，检测所述去杂捕获膜中的细胞外囊泡信号并提取膜坐标，得到膜信号数据；根据所述膜信号数据、所述组织图像和所述空间配准信息提取膜侧配准标记和候选组织侧配准标记，得到候选配准数据；根据所述候选配准数据确定同一组织切片配准模式或者相邻连续组织切片配准模式，选择目标组织图像；确定目标组织侧配准标记并组成配准标记对；根据所述配准标记对确定空间映射关系，将所述膜信号数据映射至所述目标组织图像，输出所述细胞外囊泡空间分布结果。

19、可见，本示例中，空间配准根据样本制备方式选择同片或连续切片模式，并通过配准标记对建立膜坐标系与组织图像坐标系之间的映射关系，从而减少因图像来源差异、方向变化或局部形变造成的位置错配。

20、第二方面，本技术实施例提供了一种组织来源细胞外囊泡空间分辨捕获系统，包括第一电极、第二电极、垂直限域部件、多孔亲和捕获膜、杂质收集层、信息获取模块、迁移捕获模块、电场洗涤模块和空间输出模块。所述垂直限域部件设有法向迁移通道，所述多孔亲和捕获膜设有亲和捕获位点。所述信息获取模块用于获取并解析捕获输入信息；所述迁移捕获模块用于形成沿离体组织切片法向的电场，通过所述法向迁移通道限制细胞外囊泡的横向位移并引导其迁移，由所述亲和捕获位点进行捕获；所述电场洗涤模块用于执行电场洗涤并得到去杂捕获膜；所述空间输出模块用于检测细胞外囊泡信号并输出细胞外囊泡空间分布结果。

21、可以看出，本技术实施例中，相对于采用组织整体匀浆或者自由扩散方式获取组织来源细胞外囊泡的现有方案，本技术的空间分辨捕获系统首先获取包括离体组织切片、组织图像、迁移控制信息和空间配准信息的捕获输入信息；其次，根据离体组织切片和迁移控制信息，在第一电极与第二电极之间形成沿离体组织切片法向的电场，通过垂直限域部件约束细胞外囊泡沿法向迁移，并由多孔亲和捕获膜捕获，得到空间捕获膜；然后，根据空间捕获膜和迁移控制信息，在保持囊泡亲和结合状态下执行电场洗涤，将未捕获物驱入杂质收集层，得到去杂捕获膜；最后，检测去杂捕获膜中的细胞外囊泡信号，根据空间配准信息将细胞外囊泡信号的膜位置与组织图像配准，输出细胞外囊泡空间分布结果。由于法向电场为细胞外囊泡提供主动迁移动力，法向迁移通道限制迁移过程中的横向位移，多孔亲和捕获膜在迁移终点固定细胞外囊泡，且电场洗涤在保持囊泡亲和结合状态下移除未捕获物，使得捕获信号在降低非特异背景的同时保持与原始组织位置的对应关系，从而能够将细胞外囊泡信号回映至组织图像，有利于获得组织来源细胞外囊泡的空间分辨分布结果。