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科学家们公布了他们对绘制人体细胞图的初步研究。运动/盖蒂图片社
  • 研究人员公布了他们在绘制人体细胞图谱方面取得的进展。
  • 他们说这样的地图可以帮助诊断和治疗多种疾病。
  • 他们将这项研究与人类基因组计划进行了比较,后者对人类基因组中的所有基因进行了测序。

近 20 年前,长达十年的人类基因组计划完成了对人类基因组中所有基因的完全识别、定位和测序。

这是一项开创性的成就,有助于生物医学技术和研究的重大进步。

本周,随着国际人类细胞图谱 (HCA) 联盟公布了跨越 33 个器官和系统的超过 100 万个单个细胞的详细地图,一项可能更为重要的成就被引入。

这些数据在《科学》杂志的四项主要研究中发布,代表了世界上最全面的跨组织细胞图谱。这是 HCA 绘制人体所有细胞类型图目标的重要垫脚石。

“人类细胞图谱正在改变我们对生物学和疾病的理解,”瑞典卡罗林斯卡学院教授、HCA 组委会成员 Sten Linnarsson 博士说。 “这些跨组织研究通过对发育和成年期的相同细胞类型进行系统、深入的比较,代表了 HCA 和单细胞生物学的一个里程碑。它们是向生成人体所有细胞类型的人类细胞图谱迈出的一大步,为诊断、医疗保健和精准医学的新时代奠定了基础。”

身体的“谷歌地图”

在一次在线新闻发布会上,Sarah A.Teichmann 博士是 HCA 国际联盟的联合创始人和主要负责人,同时也是英国剑桥威康桑格研究所细胞遗传学的负责人,他将该项目的目标比作创建“人体的谷歌地图——一个”街景的所有细胞和组织的地图。”

“[HCA] 真正开启的是理解组织的所有荣耀的能力,”麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所项目联合创始人兼成员 Aviv Regev 博士补充道。

专家说,这些发现——以及那些有望跟进的发现——将有助于研究人员了解疾病、疫苗开发以及抗肿瘤免疫学和再生医学等领域。

例如,泰希曼说,这项研究已经揭示了“免疫细胞如何以新的和意想不到的方式发育”——在肠道、胸腺和其他组织中,而不仅仅是在骨髓中。

Regev 说,细胞图谱在细胞水平上“帮助我们准确了解疾病发生的位置”。

“人们通常认为基因组是一个蓝图,但它实际上是一个零件清单,”加州斯坦福大学生物研究中心 Quake Lab 的创始人 Stephen Quake 博士告诉 Healthline。

在机器学习的帮助下,HCA 研究人员能够将组织分离成单个细胞进行分析,从而深入了解这些遗传“部分”如何在整个身体中协同工作。

“基因组是零件清单,但它不是操作员——那是细胞,”Regev 补充道。 “一旦你有了基因,你就必须了解它们在哪里运作。”

Regev 将 HCA 项目比作“人类基因组计划,但为 21 世纪而生”。

“HCA 是一个完全开放的过程,在 83 个国家有 2000 多名科学家,”她说。 “这在 1990 年代是不可能的。”

在细胞水平上靶向疾病

专家说,细胞作图对于药物开发、基因治疗和细胞治疗特别有价值。

“如果您针对特定细胞,您想知道该细胞在体内的其他位置表达,”奎克说。

“知道你的目标在哪里表达对于预防毒性至关重要,”Regev 补充道。

在四项初步研究之一中,威康桑格研究所的研究人员对来自 330,000 个单个免疫细胞的 RNA 进行了测序,以提高对免疫细胞在不同组织中的功能的理解。

“通过比较来自同一供体的多个组织中的特定免疫细胞,我们确定了身体不同区域记忆 T [免疫] 细胞的不同‘味道’,这可能对控制感染产生重大影响,”Teichmann 说。 “我们公开可用的数据将有助于人类细胞图谱,并可以作为设计疫苗的框架,或改进免疫疗法的设计以攻击癌症。”

在第二项研究中,一个由桑格研究所领导的研究小组创建了一个发展中的人类免疫系统的综合地图集。该研究包括参与血液和免疫细胞形成的组织,并揭示了随着人类年龄的增长,某些细胞类型会丢失。研究人员表示,这些发现可以支持体外细胞工程和再生医学研究。

Regev 领导了第三项研究,该研究使用机器学习算法分析冷冻细胞材料,克服了通常必须依赖新鲜组织进行分析的研究领域的重大障碍。Broad Institute 团队添加到图谱中的 200,000 个细胞成功地与 6,000 种单基因疾病和 2,000 种复杂遗传疾病相关联。

Regev 说,这项研究“为在单细胞水平上研究整个患者群体的组织开辟了道路。”

“我们能够通过直接将细胞与人类疾病生物学和跨组织疾病风险基因联系起来,为多种疾病创建新的路线图,”她说。

“智人”

最后,Chan Zuckerberg Biohub 的 Quake 及其同事进行的一项研究使用活细胞的单细胞 RNA 测序来分析来自一个供体的多个器官。

这样可以比较不同的组织,同时控制遗传背景、年龄和环境影响等因素。

由此产生的细胞图谱包含 400 多种细胞类型,被称为“The Tabula Sapiens”。

“Tabula Sapiens 是一个参考图谱,它提供了人体 24 个器官中数百种细胞类型的分子定义,”Quake 说。

这些发现揭示了对细胞生物学的新见解,包括如何将相同的基因以不同的方式拼接成不同的细胞类型,以及如何在组织之间共享免疫细胞的克隆。

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