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類器官-時空聯(lián)用技術(shù)助力精準醫(yī)療和藥物開發(fā)
作者：刁雯蕙     來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://www.qp8008.cn
“類器官”是一種類似于真實器官的組織結(jié)構(gòu)，由人體細胞、成體干細胞或多能干細胞經(jīng)過體外三維培養(yǎng)形成的組織類似物，能夠模擬真實器官的部分或全部功能。在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究中，“類器官”正逐漸成為疾病研究、藥物開發(fā)以及再生醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵工具。
目前，類器官主要采用傳統(tǒng)的切片方式獲取表征樣本，由于單個類器官體積小導(dǎo)致切面細胞數(shù)過少，存在嚴重的信息丟失現(xiàn)象，無法滿足現(xiàn)有類器官的精細表征需求。
11月8日，深圳華大生命科學(xué)研究院（以下簡稱華大）、清華大學(xué)深圳國際研究生院及深圳市西格諾生物科技有限公司開展合作研究，在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表最新研究。
合作團隊開發(fā)了一種類器官的新型表征方式，以機械壓片為前處理方案，利用華大自主研發(fā)的時空組學(xué)技術(shù)，成功構(gòu)建了首個類器官-時空聯(lián)用技術(shù)（LOSRT），從時間和空間等維度精確、穩(wěn)定、快速表征類器官，為類器官研究領(lǐng)域帶來了新突破。
團隊通過類器官微球打印機，實現(xiàn)了不同癌種體外準確、快速、高通量的建模，完成了液滴工程化類器官的制造，這個過程將細胞活動定義在納升至亞微升空間，并顯著縮短了腫瘤類器官建模的時間。
進一步地，清華大學(xué)深圳國際研究生院團隊通過自研的恒壓裝置對液滴工程化類器官進行層壓處理，并利用華大時空組學(xué)技術(shù)對層壓后的類器官進行空間轉(zhuǎn)錄組分析。以上工作流共同構(gòu)成了LOSRT，即類器官-時空聯(lián)用技術(shù)。
清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授馬少華表示：“時空組學(xué)技術(shù)是活體細胞和組織生物信息深層挖掘的高效技術(shù)，但人源類器官因體積小和細胞稀疏，與時空組技術(shù)較難融合。類器官層壓法為類器官和時空組學(xué)兩個重要技術(shù)的互補聯(lián)用提供了可行方案。未來，進一步融合類器官和時空組技術(shù)優(yōu)勢，有望改變當(dāng)前藥物研發(fā)的模式，創(chuàng)造出AI+制藥的新路徑�！�
在該研究中，團隊將LOSRT技術(shù)應(yīng)用在了小鼠的肺和肝類器官中，成功構(gòu)建了類器官單細胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜。他們不僅除了成功捕捉到肺類器官中活細胞和死細胞的對比圖像，還獲取了層壓肺類器官的ssDNA成像結(jié)果，并通過時空組學(xué)技術(shù)解析出了細胞類型注釋和分類。
此外，研究團隊還驗證了肺泡II型細胞和巨噬細胞的空間分布的空間表達模式，證實了LOSRT技術(shù)在單細胞水平上解析細胞類型的準確性。
該研究展示的三組重復(fù)鼠肺類器官的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，進一步表明LOSRT技術(shù)在解析類器官細胞組成和分布模式方面的強大能力，以及在不同實驗條件下保持結(jié)果一致性的可重復(fù)性。
通過空間近鄰分析，團隊還揭示了細胞間的相互作用和通訊模式，為類器官研究提供了重要的定量指標。這些發(fā)現(xiàn)對于推動類器官技術(shù)在精準醫(yī)療和藥物開發(fā)中的應(yīng)用具有重要意義。
相關(guān)論文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2408939121
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