In this demo, we’ll be analyzing 5K-plex Xenium (10x Genomics) data on a tissue section from a human breast cancer biopsy, derived from here. These include the following elements:
image objects:
shape objects:
table object:
point object:
A size-reduced example dataset has been deposited on Zenodo. We’ll retrieve the compressed SpatialData .zarr store together with a reference scRNA-seq dataset in .h5ad format (Janesick et al. 2023), decompress both archives, and stash their on-disk file paths for later:
# scRNA-seq data (.h5ad)
url_h5 <- file.path(
"https://zenodo.org/records/20178278/files",
"BC_scRNAseq_subset.h5ad.zip?download=1")
# retrieve
zip_h5 <- tempfile(fileext=".h5ad.zip")
download.file(url_h5, zip_h5, quiet=TRUE)
# decompress
fnm_h5 <- unzip(zip_h5, exdir=dirname(zip_h5))
h5 <- grep("h5ad$", fnm_h5, value=TRUE)
cat(basename(h5))BC_scRNAseq_subset.h5ad# SpatialData store (.zarr)
url_zs <- file.path(
"https://zenodo.org/records/20180722/files",
"BC_10x_xenium_sdata.zarr.zip?download=1")
# retrieve
zip_zs <- tempfile(fileext=".zarr.zip")
download.file(url_zs, zip_zs, quiet=TRUE)
# decompress
fnm_zs <- unzip(zip_zs, exdir=dirname(zip_zs))
zs <- grep("zarr$", dirname(fnm_zs), value=TRUE)
cat(basename(zs))BC_10x_xenium_sdata.zarr├── images │ ├── he_image │ │ ├── s0 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ ├── 7 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ └── 7 │ │ │ │ └── 8 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ └── 7 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s1 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ └── 4 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ └── 3 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s2 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ └── 2 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ └── 1 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s3 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ └── 0 │ │ │ └── zarr.json │ │ └── zarr.json │ ├── morphology_focus │ │ ├── s0 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ ├── 7 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ └── 6 │ │ │ │ └── 8 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ └── 6 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s1 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ └── 3 │ │ │ │ └── 4 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ └── 3 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s2 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ └── 2 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ └── 1 │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── s3 │ │ │ ├── c │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ └── 0 │ │ │ └── zarr.json │ │ └── zarr.json │ └── zarr.json ├── points │ ├── transcripts │ │ ├── points.parquet │ │ │ └── part.0.parquet │ │ └── zarr.json │ └── zarr.json ├── shapes │ ├── cell_boundaries │ │ ├── shapes.parquet │ │ └── zarr.json │ ├── nucleus_boundaries │ │ ├── shapes.parquet │ │ └── zarr.json │ └── zarr.json ├── tables │ ├── table │ │ ├── X │ │ │ ├── data │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 10 │ │ │ │ │ ├── 11 │ │ │ │ │ ├── 12 │ │ │ │ │ ├── 13 │ │ │ │ │ ├── 14 │ │ │ │ │ ├── 15 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ ├── 7 │ │ │ │ │ ├── 8 │ │ │ │ │ └── 9 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── indices │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ ├── 1 │ │ │ │ │ ├── 10 │ │ │ │ │ ├── 11 │ │ │ │ │ ├── 12 │ │ │ │ │ ├── 13 │ │ │ │ │ ├── 14 │ │ │ │ │ ├── 15 │ │ │ │ │ ├── 2 │ │ │ │ │ ├── 3 │ │ │ │ │ ├── 4 │ │ │ │ │ ├── 5 │ │ │ │ │ ├── 6 │ │ │ │ │ ├── 7 │ │ │ │ │ ├── 8 │ │ │ │ │ └── 9 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── indptr │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── layers │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── obs │ │ │ ├── _index │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── cell_area │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── cell_id │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── centroid_x │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── centroid_y │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── control_codeword_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── control_probe_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── deprecated_codeword_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── genomic_control_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── nucleus_area │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── nucleus_count │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── region │ │ │ │ ├── categories │ │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ │ ├── codes │ │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── segmentation_method │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── total_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── transcript_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── unassigned_codeword_counts │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── z_level │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── obsm │ │ │ ├── spatial │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ ├── 0 │ │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ │ └── 1 │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── obsp │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── raw │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── uns │ │ │ ├── spatialdata_attrs │ │ │ │ ├── instance_key │ │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ │ ├── region │ │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ │ ├── region_key │ │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── var │ │ │ ├── _index │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── feature_types │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── gene_ids │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ ├── genome │ │ │ │ ├── c │ │ │ │ │ └── 0 │ │ │ │ └── zarr.json │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── varm │ │ │ └── zarr.json │ │ ├── varp │ │ │ └── zarr.json │ │ └── zarr.json │ └── zarr.json └── zarr.json
Throughout this demo, we’ll require the following R dependencies; these expect R v4.6.0 and Bioconductor v3.24 (devel/pre-release).
library(sf)
library(dplyr)
library(tidyr)
library(ggplot2)
library(anndataR)
library(scrapper)
library(patchwork)
library(reticulate)
library(SpatialData)
library(SpatialData.data)
library(SpatialData.plot)
library(SingleCellExperiment)Let’s load up the SpatialData object in R.
(sd <- readSpatialData(zs))class: SpatialData
- images(2):
- he_image (3,2141,1822)
- morphology_focus (4,2111,1787)
- labels(0):
- points(1):
- transcripts (2978451)
- shapes(2):
- cell_boundaries (18626,circle)
- nucleus_boundaries (18389,circle)
- tables(1):
- table (5101,18626) [cell_boundaries]
coordinate systems(1):
- global(5): he_image morphology_focus cell_boundaries
nucleus_boundaries transcriptsLet’s start out by visualization the hematoxylin and eosin (H&E) staining. H&E provides a high-contrast visualization of tissue microarchitecture and cellular morphology through differential staining of nuclear and cytoplasmic components. To date, whole-slide H&E images (WSIs) remain the clinical gold standard for cancer diagnosis, including tumor grading, staging, and prognosis.
plotSpatialData() + plotImage(sd)
We can also zoom into a particular region by specifying a bounding box and using crop() to subset the data accordingly across all layers:
bb <- list(
xmin=15e3, xmax=18e3,
ymin=44e3, ymax=46e3)
sp <- crop(sd, bb)
plotSpatialData() + plotImage(sp)