Cell重磅發(fā)布！繪制小鼠全身高分辨率分子與細(xì)胞空間圖譜，含5900萬個(gè)單細(xì)胞數(shù)據(jù)，為生物醫(yī)學(xué)研究開啟新維度

近日，芝加哥大學(xué)Nicolas Chevrier、復(fù)旦大學(xué)未來信息創(chuàng)新學(xué)院鮑峰團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)突破性的研究成果發(fā)表于國際頂級(jí)期刊《Cell》：研究團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室小鼠的全身高分辨率分子與細(xì)胞空間圖譜。這項(xiàng)工作為理解生物體在全身尺度上的復(fù)雜運(yùn)作機(jī)制，以及研究系統(tǒng)性疾病的分子基礎(chǔ)，提供了前所未有的強(qiáng)大工具。

圖形摘要

突破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)“全景”觀測

小鼠是生物醫(yī)學(xué)研究中最關(guān)鍵的模型生物之一。然而，傳統(tǒng)的研究技術(shù)通常只能聚焦于特定的器官或組織，缺乏能夠在全身范圍內(nèi)同時(shí)、高分辨率地觀測分子和細(xì)胞活動(dòng)的工具。這項(xiàng)研究通過創(chuàng)新的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，首次對(duì)6周齡小鼠的全身切片進(jìn)行了分子層面的系統(tǒng)性測繪，精準(zhǔn)捕獲了全身的組織學(xué)結(jié)構(gòu)。

研究的核心突破在于建立了一個(gè)包含5900萬個(gè)單細(xì)胞數(shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)集，并結(jié)合一套可擴(kuò)展的計(jì)算方法，成功在整個(gè)小鼠全身切片的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中，識(shí)別并定位了多達(dá)379種不同的細(xì)胞類型。這相當(dāng)于繪制了一張覆蓋全身、標(biāo)注了所有身份和位置的超高精度地圖。

AI賦能病理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)全景注釋

更令人矚目的是，團(tuán)隊(duì)基于這些海量的全身分子圖譜數(shù)據(jù)，開發(fā)了一套名為“LABEL”的機(jī)器學(xué)習(xí)流程。該工具能夠直接對(duì)常規(guī)的H&E染色病理切片圖像進(jìn)行全身體范圍的組織與細(xì)胞類型自動(dòng)注釋。這意味著，未來研究人員無需進(jìn)行復(fù)雜的分子檢測，僅憑最普通的染色切片，就能借助LABEL算法快速獲得其中蘊(yùn)含的豐富細(xì)胞類型和空間組織信息，極大提升了病理學(xué)分析的深度和效率。

揭示疾病全貌，精準(zhǔn)描繪全身性炎癥

為了展示該技術(shù)的強(qiáng)大應(yīng)用潛力，研究團(tuán)隊(duì)將其應(yīng)用于內(nèi)毒素血癥的研究。內(nèi)毒素血癥是一種典型的全身性感染/炎癥模型，通過對(duì)比健康與患病小鼠的全身分子圖譜，研究人員清晰地描繪出了炎癥狀態(tài)下，基因表達(dá)程序在不同組織和細(xì)胞類型中發(fā)生的系統(tǒng)性、整體性改變。這種“上帝視角”使科學(xué)家能夠以前所未有的精細(xì)度，理解一種疾病如何同時(shí)影響多個(gè)器官，并揭示不同組織在應(yīng)對(duì)全身挑戰(zhàn)時(shí)的協(xié)同或特異性反應(yīng)。

研究意義與未來展望

這項(xiàng)研究成果為在空間、時(shí)間和不同生理病理?xiàng)l件下，系統(tǒng)性研究支配實(shí)驗(yàn)室小鼠機(jī)體生物學(xué)的分子和細(xì)胞過程鋪平了道路。也為基礎(chǔ)生物學(xué)、腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、藥物研發(fā)及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)提供了新工具。這不僅是一項(xiàng)技術(shù)上的壯舉，更標(biāo)志著生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入了一個(gè)能夠從完整有機(jī)體層面系統(tǒng)性、集成性理解生命過程與疾病機(jī)制的新階段。

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00273-4

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