| 绘制肠道路线|

 

人体中器官和组织的正常功能取决于我们所有细胞的相互作用、空间组织和特异化。因为有这么多细胞需要考虑，使得确定每个细胞的身份和功能以及它与相邻细胞的关系成为一项艰巨的任务。因此，科学家们已经开始利用尖端的单细胞组合技术，为每种细胞类型创建独特的“身份证”（基于单个细胞中20,000个基因中的哪些基因被打开以及哪些蛋白被表达）。然后，应用先进的成像和分析技术，将这些单个细胞映射到器官和组织中的精确位置，以了解它们的功能和与邻居的关系。

 

为了绘制肠道路线（超过9米长），斯坦福大学的科学家使用PhenoCycler（原CODEX）单细胞原位空间组学平台检查了来自九个供体的小肠和大肠的八个区域。

 

这项工作以“Organization of the human intestine at single-cell resolution”为题发表在《Nature》杂志上，强调了细胞组成如何在肠道区域之间存在显著差异及许多复杂的亚型具有不同的功能。这些包括构成肠壁的上皮细胞、结缔组织细胞、神经细胞和免疫细胞。PhenoCycler平台使科学家不仅可以确定每种细胞类型的位置，还可以确定它们与哪些其他细胞相关联。他们确定了20个不同的细胞邻域，以及不同的免疫生态位。

 

 

“这有点像探索一个新的星球，因为我们不知道我们会发现什么细胞类型或它们将如何组织，”斯坦福医学院遗传学教授兼主席Michael Snyder谈到，并补充说“这将是我们理解各种消化系统疾病的基础。

 

 

| 乳房里的“高速公路和小径”|

 

如同肠道和其他器官一样，乳房中的细胞被嵌入到由细胞外基质以及其他细胞类型组成的复杂三维微环境中。乳腺上皮系统由导管上皮网络组成，具有四个不同的感兴趣区域：小叶单位、结缔组织、导管和脂肪组织。

 

借助PhenoCycler平台和StarDist工具，加州大学欧文分校生物化学系助理教授Kai Kessenbrock领导的团队对34种不同抗体标记的健康乳腺组织进行了空间表型分析。这些丰富的成像数据（包含超过81,000个单个细胞）通过将蛋白表达定位到细胞，以研究细胞密度和多样性。

 

他们发现小叶具有极高的细胞密度和多样性 - 这些是乳房的“城市和大都市地区” - 而导管对应于“洲际高速公路”，结缔组织和脂肪组织显示出与“郊区和农村地区”相同的低密度和多样性。他们同时还进行了细胞邻近分析，以表征典型的邻近细胞，识别出14个不同的细胞邻域。

 

Kessenbrock博士的团队也将他们的研究扩展到非上皮细胞类型。迄今为止，大多数研究都集中在上皮细胞层上，这些细胞层在月经、怀孕和哺乳期间会发生戏剧性的变化，而对非上皮细胞知之甚少。该团队分析了来自62名女性的535,941个细胞和来自20名女性的120,024个细胞核，确定了11种主要细胞类型和53种细胞状态。正如他们在《Nature》上的文章“A spatially resolved single-cell genomic atlas of the adult human breast”中所述，他们的数据揭示了丰富的周皮细胞、内皮和免疫细胞群，以及高度多样化的管腔上皮细胞状态。

 

 

多组学方法使该团队能够开发人类乳腺组织中不同细胞群、通路、谱系层次结构和细胞邻域的综合图谱。特别是空间映射，“揭示了导管和小叶组织中驻留免疫细胞的意外丰富生态系统，以及导管和小叶区域之间的明显分子差异，”研究小组报告说。正如在之前白皮书中单独报道的那样，PhenoCycler平台所提供的单细胞分辨率的能力进一步帮助识别了采用ROI成像方法的其他技术所遗漏的几种稀有细胞类型。

 

 

| 了解肾脏社区|

 

如果您曾经患过肾结石，您可能想知道它到底是什么以及它是如何及为什么到达那里的。尽管研究人员进行了数十年的创新和努力来描述其病理生理学，但导致肾结石形成的确切机制仍然知之甚少。

 

印第安纳大学医学院的一组研究人员在定义了导致人结石介导损伤并鉴定相关尿液生物标志物的空间分子景观和特定途径后，使我们更接近答案。

他们将最近的研究结果“A spatially anchored transcriptomic atlas of the human kidney papilla identifies significant immune injury in patients with stone disease”发表在《Nature Communications》上，该团队描述了他们如何采用多组学方法首次创建肾脏空间图谱。

 

他们以人类生物分子图谱（HubMAP）和肾脏精准医学项目（KPMP）联盟的成人肾脏的综合snRNAseq图谱（超过200,000个细胞）为基础，印第安纳州的研究人员深入研究了人肾乳突（收集管开口进入肾脏和尿液流入输尿管的区域）中的细胞类型多样性，该研究着眼于独特的特征，不局限于肾皮质（肾脏的外层，负责过滤血液中的废物）和髓质（肾单位所在的最内层，负责调节电解质水平）的区分。

 

通过对具有32个蛋白标记物的组织进行PhenoCycler分析，该团队不仅验证了乳突中的细胞多样性，而且还确定了具有合理生物学意义的新细胞群。

 

 

该研究定义了乳突状细胞的完整景观，包括乳突状表面上皮细胞、基质和免疫细胞、主细胞的独特亚型以及定位于损伤或矿物质沉积区域的未分化上皮细胞类型。他们还能够追踪损伤途径，以及免疫进程中白细胞（骨髓）免疫激活，对氧化应激的反应和细胞外基质组织。

 

“我们的数据表明结石病将集合管和其他管状细胞的表型转变为损伤表型。这些变化可能会引发免疫和纤维化反应，最终取代健康肾小管上皮形成乳突状结构”作者提到。

 

 

| 图谱告诉我们什么|

 

虽然HCA和HuBMAP计划开发图谱的主要目的是作为健康器官的参考以及它们如何随着时间的推移运作和发展，但它们也可以用来与不同疾病状态下的器官进行比较。

 

斯坦福大学的研究小组发现，研究健康组织如何组织以及它在整个消化道中的变化是有意义的。他们发现，一个区域的正常情况可能是另一个区域的疾病征兆。他们还发现了其他关联。具有较高体重指数（BMI）的供体具有大量M1巨噬细胞（与炎症有关），而有高血压病史的供体具有较少的CD8 + T细胞，这些细胞在寻找和破坏可能的癌细胞中发挥作用。

 

正如乳房研究指出的那样，了解免疫细胞的变异和多样性对于乳腺癌非常重要，免疫疗法最近已成为某些亚型的标准护理。该团队能够整合数据，确定与更年期，年龄和BMI相关的乳房组织结构的重大变化。

 

肾脏图谱绘制还带来了一个额外的发现：一种潜在的生物标志物。MMP7和MMP9被确定为与活动性结石病和乳突内矿化相关的两种蛋白。与健康对照组相比，有结石病病史的患者尿液中的MMP9和MMP7水平显着更高，并与疾病活动度相关。

 

我们期待在未来由PhenoCycler和PhenoImager平台实现的更多令人兴奋的科学发现。

参考文献

1. Hickey, J.W., Becker, W.R., Nevins, S.A. et al. Organization of the human intestine at single-cell resolution. Nature 619, 572–584 (2023). 

2. Kumar, T., Nee, K., Wei, R. et al. A spatially resolved single-cell genomic atlas of the adult human breast. Nature 620, 181–191 (2023). 

3. Canela, V.H., Bowen, W.S., Ferreira, R.M. et al. A spatially anchored transcriptomic atlas of the human kidney papilla identifies significant immune injury in patients with stone disease. Nat Commun 14, 4140 (2023). 

 

 

更多资讯请关注“云准科技”公众号

关于云准

云准医药科技（上海）有限公司（Accuramed Biotechnology Co., Limited）成立于2016年，是一家围绕疾病生物学研究、药物研发、新型诊断技术开发和公共卫生群体研究领域，专注于给科研机构和企业提供单细胞测序、空间多组学和蛋白质组学研究等科研服务，致力于用科技推动全民健康领域的发展。我们已经在疾病机理机制研究、药物新靶点发现、生物标记物开发、药物机理机制研究、临床前和临床研究以及临床检测等领域与众多客户产生合作，合作方向涉及肿瘤、免疫、慢病、罕见病等诸多方向以及公共卫生等人类健康领域。未来，云准将以创新为驱动力，继续对产品进行深度整合与开发，推动慢病诊疗、罕见病研究、肿瘤免疫治疗、病理诊断技术以及药物开发领域的突破性发展，必将为这些领域带来革命性变化。