Czy możemy zidentyfikować każdy rodzaj komórki w ciele?

Ile typów komórek znajduje się w ludzkim ciele? Podręczniki mówią o kilkuset. Ale prawdziwa liczba jest niewątpliwie znacznie większa.

Urządzenie mikroprzepływowe (w środku) może przeprowadzać eksperymenty na poszczególnych komórkach.

Kawałek po kawałku nowy, bardziej szczegółowy katalog typów komórek wyłania się z laboratoriów takich jak Aviv Regev w Broad Institute w Cambridge w stanie Massachusetts, które wykorzystują najnowsze postępy w genomice pojedynczych komórek do badania pojedynczych komórek w szybkim i szybkim tempie. skala wcześniej nie do pomyślenia.

Technologia zastosowana w Broad wykorzystuje systemy płynowe do oddzielania komórek na mikroskopijnych przenośnikach taśmowych, a następnie poddaje je szczegółowej analizie genetycznej w tempie tysięcy dziennie. Naukowcy oczekują, że takie technologie znajdą zastosowanie w zastosowaniach medycznych, w których niewielkie różnice między komórkami mają poważne konsekwencje, w tym badania przesiewowe leków na bazie komórek, badania nad komórkami macierzystymi, leczenie raka i podstawowe badania nad rozwojem tkanek.

Regev mówi, że pracuje z nowymi metodami klasyfikacji komórek w siatkówce myszy i guzach mózgu człowieka, i znajduje typy komórek, których nigdy wcześniej nie widziano. Tak naprawdę nie wiemy, z czego jesteśmy stworzeni, mówi.

Inne laboratoria ścigają się, aby tworzyć własne ankiety i ulepszać podstawową technologię. Dzisiaj zespół kierowany przez Stephena Quake'a z Uniwersytetu Stanforda opublikował własne badanie 466 pojedynczych komórek mózgowych, nazywając to pierwszym krokiem w kierunku kompleksowego atlasu komórkowego ludzkiego mózgu.

Takie badania są możliwe dopiero od niedawna, twierdzą naukowcy. Kilka lat temu wyzwaniem było uzyskanie jakichkolwiek użytecznych danych z pojedynczych komórek, mówi Sten Linnarsson, biolog zajmujący się pojedynczymi komórkami z Instytutu Karolinska w Sztokholmie w Szwecji. W marcu grupa Linnarssona wykorzystała nowe techniki do mapowania kilku tysięcy komórek z mózgu myszy, identyfikując 47 rodzajów, w tym niektóre podtypy, których nigdy wcześniej nie widziano.

Historycznie najlepszym sposobem badania pojedynczej komórki było przyjrzenie się jej przez mikroskop. W szpitalach onkologicznych w taki sposób patolodzy decydują, czy komórki są rakowe, czy nie: barwią je barwnikami, niektórymi wprowadzonymi po raz pierwszy na początku XX wieku, i biorą pod uwagę ich lokalizację i wygląd. Obecne metody rozróżniają około 300 różnych typów, mówi Richard Conroy, urzędnik ds. badań w National Institutes of Health.

Poszczególne komórki są wychwytywane i rozdzielane w bąbelkach cieczy, przygotowując je do analizy.

Nowa technologia działa zamiast tego poprzez katalogowanie cząsteczek informacyjnego RNA wewnątrz komórki. Te wiadomości to materiał genetyczny, który jądro wysyła, aby wytworzyć białka. Metoda Linnarssona dołącza unikalny molekularny kod kreskowy do każdej cząsteczki RNA w każdej komórce. Rezultatem jest profil ekspresji genów, będący odciskiem palca komórki, który odzwierciedla raczej jej aktywność molekularną niż to, jak wygląda.

Wcześniej komórki były definiowane przez jeden lub dwa markery, mówi Linnarsson. Teraz możemy powiedzieć, jaki jest pełny zestaw genów wyrażonych w tych komórkach.

Chociaż naukowcy ustalili, jak dokładnie sekwencjonować RNA z pojedynczej komórki kilka lat temu, dopiero niedawno sprytne innowacje w chemii i mikroprzepływach doprowadziły do ​​eksplozji danych. Kalifornijska firma Cellular Research wykazała w tym roku, że może sortować komórki do mikrostudzienek, a następnie mierzyć jednocześnie RNA 3000 oddzielnych komórek, kosztem kilku groszy za komórkę.

Naukowcy sądzą, że nowe metody jednokomórkowe mogą obalić wcześniejsze wyniki badań. To dlatego, że poprzednie badania ekspresji genów opierały się na próbkach tkanek lub próbkach krwi zawierających tysiące, a nawet miliony komórek. Badanie takich mieszanek oznaczało, że badacze obserwowali średnie, mówi Eric Lander, szef Broad Institute.

Genomika jednokomórkowa osiągnęła pełnoletność w niewiarygodny sposób w ciągu ostatnich 18 miesięcy, powiedział Lander słuchaczom w National Institutes of Health w tym roku. A kiedy już zdasz sobie sprawę, że jesteśmy na etapie tworzenia pojedynczych komórek, jak mógłbyś znieść koktajl owocowy? Robienie genomiki na smoothie to po prostu szaleństwo.

Lander, jeden z liderów Projektu Ludzkiego Genomu, mówi, że być może nadszedł czas, aby zmienić projekty pilotażowe, takie jak te, które Regev prowadzi do szerszych wysiłków na rzecz stworzenia ostatecznego atlasu – takiego, w którym skatalogowano wszystkie typy ludzkich komórek na podstawie aktywności genów i śledzono je z embrion aż do dorosłości.

Trochę przedwczesne jest deklarowanie krajowego lub międzynarodowego projektu, dopóki nie będzie więcej pilotowania, ale myślę, że to pomysł, który jest bardzo w powietrzu, powiedział Lander w wywiadzie telefonicznym. Myślę, że [za dwa lata] będziemy w sytuacji, w której byłoby szaleństwem nie mieć tych informacji. Gdybyśmy mieli układ okresowy komórek, bylibyśmy w stanie określić, że tak powiem, skład atomowy dowolnej próbki.

Profile genów mogą ostatecznie zostać połączone z innymi próbami badania pojedynczych komórek. Paul Allen, współzałożyciel Microsoftu, powiedział w grudniu zeszłego roku, że wyda 100 milionów dolarów na stworzenie nowego instytutu naukowego, Allen Institute for Cell Science. Będzie badać komórki macierzyste i nagrywać wideo ich zachowanie pod mikroskopem, gdy rozwijają się w różne typy komórek, z ostatecznym celem stworzenia masywnego animowanego modelu. Rick Horwitz, który kieruje tymi pracami, mówi, że będzie to rodzaj Google Earth do badania cyklu życia komórki.

Garry Nolan, immunolog z Uniwersytetu Stanforda, mówi, że ostateczną korzyścią z zebrania wszystkich tych danych będzie nie tylko katalog typów komórek, ale głębsze zrozumienie, jak komórki ze sobą współpracują. Podejście jednokomórkowe to stacja przesiadkowa, którą należy zrozumieć na drodze do zrozumienia większego systemu, mówi. Za 50 lat prawdopodobnie będziemy mierzyć dynamicznie każdą cząsteczkę w komórce.

ukryć