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空包代发:全球首张人类细胞图谱将给我们带来什么惊喜

时间:2020-04-22 15:10 来源:未知 作者:admin 阅读:
  获得2002年诺贝尔生理学或医学奖的英国生物学家约翰·萨尔斯顿(John Sulston)曾连续18个月用光学显微镜观察线虫的生长发育,并每隔5分钟勾勒一副观察图,他绘制的图谱记录和解释了线虫组织中细胞分裂和分化的过程。
  根据这些图及其他大量信息,萨尔斯顿等人插入了一系列多细胞生物种类中最完整的一个细胞谱系图,浓缩了线虫近千个细胞的命运。
  随着技术的进步和认知的累积,科学家的研究对象转向了人类自身,并采用最前沿的分子生物学技术。
  近日,浙江大学郭国骥教授团队在国际顶级杂志《自然》上发布题为《在单细胞水平上构建人类细胞景观》的重大研究成果,宣布退出首张个人类细胞图谱。
  该项目利用自主研发的单细胞分析平台,通过高通量指示器技术,系统性地偏移了跨越和成年两个时期,涵盖八大系统的人类细胞图谱,建立了70多万个单细胞的数据库,鉴定了100余种人体细胞大类和800余种细胞亚类。研究团队还建造了人类细胞蓝图网站。
  这些通过汇合,生长,最终形成不同细胞类型,且长成形成人体的各种组织。这些组织汇聚在一起就形成了人体的器官,例如心,肺,脑和肝。快递单号 
  首个人类细胞图谱的问世,将如何帮助我们理解人体细胞的生长规律?又将如何改善人们对癌症等疾病的理解,诊断和治疗?
  人体细胞数字化
  人类细胞图谱(Human Cell Atlas,简称HCA)是生命科学领域转型兴起的国际大科学计划,被认为堪比“人类基因组计划”。
  该计划的基本目标是采用特定的分子表达谱来确定人体的所有细胞类型,转化为此类信息与经典的细胞空间位置和形态的描述连接起来。该计划的终极目标是确定人体中每个细胞的空间位置;通过细胞谱系确定在人的一生中每一时刻出现过的每个细胞;根据健康状态,基因型,生活方式和外部环境的不同,对每一个个体细胞图谱进行注释。
  郭国骥认为,人类细胞图谱就是人体细胞的数字化,首个人类细胞图谱是人类细胞图谱计划里非常重要的阶段性成果,构造了人类细胞图谱的基本框架。
  我们定义了很多之前未知的细胞种类,还发现了一些特殊的表达方式。”
  通过这张图谱,郭国骥团队发现,多种成人的上皮,胚胎和胚胎细胞在组织中似乎扮演着免疫细胞的角色。快递空包
  《单细胞水平人类细胞景观的构建》一文的作者之一,杭州瑞普基因科技有限公司(简称“瑞普科技”)资深科学家林锐博士向《中国经济周刊》记者表示,“首个人类细胞图谱构建起了一个研究架构,是迈向HCA计划的一个逐步式的成果,研究的方法,思路都可以进行替换,替换图谱过程中形成的数据库,某些也可以共享,同行们还可以根据自己的特长和兴趣在图谱的基础上扩展进一步研究。”
  某些人士认为,人道主义的人类单细胞研究多是从某类组织或有特定标志物的细胞入手,而首个人类细胞图谱的问世,则意味着研究对象的进一步具体化和完整化。
  林锐评价,首个人类细胞图谱的替换不但完成补充基础性工作,也有大量细节上的亮点。
  “在人类人类细胞图谱的过程中,发现了过多突破发展中国家的基础认知,有时在人体血管内皮细胞上发现类似免疫细胞的基因表达,但目前还不知道这对免疫治疗等方面的工作会有某种的作用,有待后期进一步研究。”林锐说。
  对于首张人类细胞图谱的局限性,郭国骥并不回避。
  “我们的工作在某一深度上存在一定局限性,但是在跨组织和跨类别的数据可比性上有争议的优势。完美版本的人类细胞图谱还应该整合空间信息,多组学数据和人群分析,这需要全世界科学家的共同努力。”郭国骥说。
  现年37岁的郭国骥是浙江大学医学院干细胞与再生医学中心教授,博士生导师,浙江大学附属第一医院双聘教授,浙江大学医学院干细胞与再生医学中心副主任,浙江大学血液学研究所副所长。
  2018年2月23日,郭国骥率领的团队在国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)发表学术论文,在世界范围内构建了第一张显微细胞图谱。其团队对小鼠近50种器官组织的40余万个单细胞进行了系统性的单细胞转录组分析,构建了首个哺乳动物细胞图谱。
  该图谱中涵盖了哺乳动物体内的各种主要细胞类型,重组每个一种生物体内的组织细胞亚型,基质细胞亚型,血管内皮细胞亚型和免疫细胞亚型进行了详细的描述。
  揭示技术是关键
  自从人类基因组计划完成之后,我们初步掌握了“遗传密码”,但仍继续重复一窥自己的细胞图谱。过去,科学家主要利用显微镜和流式分析等技术,多次主观拾取的表型特征对不同种类的细胞进行分类和鉴定。
  尖端,单细胞靶向等新技术的出现和快速发展,让科学家对细胞的观察能力进入全新的阶段。在新技术出现之前,传统的定向技术只能“看”到成群的细胞,分离细胞单细胞融合技术的出现对传统的细胞认知体系带来了革命性的变化,并能够对细胞内高丰度的基因转录物质进行无差异的分析,从而建立一个普适性的细胞分类系统。
  郭国骥团队自主建造了一套完全国产化的Microwell-seq高通量单细胞平台。利用微孔矩阵,分子标记和扩展技术,高通量,先进地实现单细胞水平分析,解决了传统最初的中分子细胞核酸物质少,容易丢失,分析成本高的难题。
  “以往分析一个细胞需要100元人民币,而现在我们所开发的平台只需要1元钱,而且精度比美国目前最先进的设备还要高。”郭国骥说。
  基于自主研发的单细胞分析平台,郭国骥团队对60种人体组织样品和7种细胞培养样品进行了高通量单细胞转录组转化。
  林锐说,单细胞逐步的第一步是要把片段细胞分离开来,第二步是将细胞RNA转换成可以转换的DNA,最后一步是对DNA进行替代。图谱投影的过程中,包括瑞普科技内部的规模企业与郭国骥教授团队展开深入合作,协助团队进行研究工作,特别是重新定位工作,以加速研究进展,为首个人类细胞图谱的问世做出了贡献。”林锐说。
  从2015年开始,瑞普科技在这一仪表方面涉及巨资采购设备,其中HISEQ X仪表单套设备价格就超过了1000万美元,公司全部总计仪的维护费用每年超过500万,国内仅有瑞普科技等少数几家企业拥有高通量的单细胞检测能力。
  林锐认为,国内相关企业数量仍然偏少,“目前单细胞领域的研究还没有临床”应用,但未来的应用一定会非常普及,前景广阔,这就像10年前的基因检测研究一样,极具潜力。”
  瑞普科技成立于2014年,是国家发改委批复的首批基因检测技术应用示范中心,同时也获得了国家卫健委(原国家卫计委)认证的医学检验实验室资质和美国病理学家学会(CAP)认证的实验室资质,并且多次得分通过了国家卫健委(原卫生部)临检中心多个基因检测室间质评。
  精准医疗可期
  自2015年1月20日美国前总统奥巴马在国情咨文文中提出“精准医学计划”后,“精准医疗”成为全球医学界的热门话题。所谓精准医学,就是通过基因诊断和大数据分析,了解基因序列和疾病发生,发展,治疗和预后的相关性,做到个性化的治疗和预防。
  据林锐和瑞普科技研发经理濮悦博士介绍,每个细胞都携带有机体的一套基因组,如果有了基因序列图谱,就有可能从中找到与各种疾病相关的“密码”,加快对疾病发生,发展的理解,有助于疾病的诊断和个体化治疗,因此,人类基因组计划都有“生命登月计划”之称。
  2000年6月,人类基因组草图的替换工作完成,并最终替换了一张类似化学元素周期表的人类基因组精确图谱。 空包单号
  对于此次人类细胞图谱的问世,有关人士认为,未来临床医生可以通过细胞图谱数据的比较,来鉴别异常的细胞状态和起源,研究方法将对人体正常与疾病细胞状态的鉴定带来深远的影响。
  “我们现在建立的是正常细胞的单细胞转录组的数据库,可以用作再生医学种子细胞的鉴定。未来如推广到疾病细胞图谱,便有可能利用到疾病的单细胞水平诊断上。细胞图谱的数据对于理解疾病的发生会有重要意义,但临床治疗方面的应用尚需要更多的积累。”郭国骥说。
  林锐也认为,人类细胞图谱对研究生长发育问题,癌症治疗问题都将发挥基础性的作用,“这个图谱转变的是正常的细胞状况,如果将癌症细胞和这个图谱进行对比,可以发现一些问题,这显然能够为治疗诊断带来提示,未来单细胞预测有望给免疫治疗做一个精准治疗的指导。”
  人类细胞图谱的问世对使用“细胞疗法”来重新产生人体受损组织或将发挥巨大作用。诸如帕金森,这种疾病的主要原因是大脑持续缺失能够产生某种多巴胺的神经元而导致的。未来的一种治疗可能是在实验室生产能够产生特定多巴胺的细胞,再将其注入人脑。
  对于未来人类细胞图谱在精准医疗领域的应用,林锐颇为看好。
  “就像10几年前的基因检测研究,当时的基因检测价格高,技术也不普及,现在技术进步已经很明显,而且每年都会有新的变化,成本大大降低了,操作也越来越规范。”在目前的癌症病人的治疗中,医生一般会建议对病人进行基因改造,寻找合适的药物治疗相应的患者,使药效最大化,同时保证安全性。基因检测指导治疗已经成为精准医学的要求之一;在未来,通过生物医学发现的积累及单细胞转化费用的降低,临床医生有望通过单细胞分析的结果为患者提供精准的免疫治疗。”

(责任编辑:admin)

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