科企岛单细胞分析技术有助于生成前所未有的疾病图谱
天文学诞生于早期科学家用肉眼凝视天空并记录他们在上面看到的东西时。然后,望远镜的发明带来了新的见解。今天,天文学家从大型天文台进行研究,并将复杂的望远镜发射到太空中,以便更深入地观察。
现在,随着科学家开发出新技术来仔细观察细胞(器官的基本生命单位),生物学中也发生了类似的演变。细胞生物学的起源可以追溯到1665年,当时罗伯特·胡克(Robert Hooke)是第一个在简单的复合显微镜下观察细胞的人。但是,尽管扫描电子显微镜等更强大的显微镜的发展使科学家能够窥探小于十亿分之一米的分子,但直到最近,他们才有能力观察单个细胞的分子谱。
我们的器官由不同细胞类型的群落组成,这些细胞彼此通信以保持其正常功能。但是,研究人员对这些细胞进行分类的能力直到最近还不足,因为它们可用的工具的分辨率有限。现在,耶鲁大学跨学科的研究人员正在使用单细胞技术来分析健康和患病器官中同时存在的各种细胞,并创建迄今为止最详细的疾病蓝图,并更好地了解各种细胞如何随着时间的推移而发育并相互作用。通过创建全身器官的这些"细胞图谱",他们希望揭示各种疾病和生物发育的机制。
"这项技术正在对生物学产生变革性影响,因为它克服了组织中细胞生物学研究的主要局限性 - 处理混合细胞群,"医学博士Pietro De Camilli,神经科学教授John Klingenstein教授和细胞生物学教授说。
生成人体肺的地图
Kaminski的实验室研究人类肺部疾病。在他职业生涯的早期,他是第一个提供肺纤维化患者在人类肺部表达的所有基因的档案的人。这种特征是有益的,并导致发现新的生物标志物和疾病机制,但受到限制,因为研究人员无法区分这些变化是由于细胞类型的变化还是基因表达的变化。现在,使用单细胞基因分析技术,Kaminski和耶鲁大学肺病,重症监护和睡眠医学科(Yale-PCCSM)的其他研究人员正在分析晚期肺病患者样本中的所有细胞,例如特发性肺纤维化(IPF)和慢性阻塞性肺病(COPD).他们发现了新的细胞类型,已知细胞谱的变化,并揭示了不同细胞类型之间的相互作用。
"你很少在科学中看到全新的东西,"卡明斯基说。"我们不仅能够识别肺部的所有细胞类型以及它们在疾病中的变化,而且在IPF中识别出以前未被识别的细胞群。
"我们突然发现不遵守常规规则的细胞,我们现在可以通过更具体的方法靶向这些细胞,"他说。"如果你能理解什么是坏细胞以及细胞之间的信号传导是如何变化的,从理论上讲,它不仅有可能阻止这些疾病,而且实际上可以治愈它们。
单细胞数据是变革性的,但即使公开,也不是很容易访问,因为它需要先进的计算方法。因此,Kaminski和他的团队提供数据共享和传播门户,允许自由探索数据。"当我查看数据时,我说我们必须使其民主化,因此我们开发了门户网站,允许研究人员免费访问数据,即使他们不是生物信息学专家。不同的细胞图谱可以在耶鲁大学医学院的肺病,重症监护和睡眠医学网页上找到。
胚胎发育的单细胞分析
单细胞技术也帮助研究人员对胚胎的发育进行独特的观察。Zachary Smith博士,遗传学助理教授,研究早期胚胎发育中的表观遗传调控。他的实验室研究了环境如何很早就改变胚胎的结构,以及这些变化如何可能导致有害的长期影响,如流产和其他不良妊娠结果。
小鼠胚胎中产生了图像,显示妊娠6.5天(左)至9天之间仅60小时内的重大变化。
史密斯的目标是了解导致正常发育过程出错的分子触发因素。为此,他研究了一种称为原肠胚形成的过程 - 胚胎发育过程的早期阶段,其中胚胎经历实质性重组 - 使用单细胞方法。他的实验室研究的时间间隔非常短 - 在原肠胚形成之前,小鼠胚胎非常简单,但在大约两天内它们会生长成包括数十种不同的细胞类型。由于这种结构变化发生得如此之快,研究人员很难确定事情何时或如何出错。单细胞技术提供了一个前所未有的机会来研究这个早期发育窗口,为科学家提供新的治疗或诊断见解。
"目前,我们只有非常简单的路标来了解胚胎发育中正在发生的事情,"史密斯说。"很难理解各种基因如何与哺乳动物和人类发育的具体细节相关,但这些工具让我们有机会了解发育早期阶段的哪些方面会伴随我们余生。
从头到脚的单细胞分析
Brian Hafler,医学博士,博士,眼科和视觉科学以及病理学助理教授,研究眼部疾病,重点是与年龄相关的黄斑变性。对于患有视力丧失和不可逆失明的患者,对治疗的医疗需求尚未得到满足。他说,细胞图集"有点像字典"。使用单细胞技术,Hafler可以分析视网膜每个细胞中的所有不同RNA分子。他希望利用这项研究来确定神经炎症的作用以及可能有助于预防视力丧失的关键途径。
"尖端的单细胞技术和创建细胞图谱为识别眼病的细胞驱动因素,关键炎症途径以及改善黄斑变性或青光眼等疾病患者的生活质量的疗法提供了无与伦比的机会,"Hafler说。"这有助于导致推动该领域向前发展的医学科学突破。
在心血管研究中心,医学(心脏病学)教授John Hwa,医学博士,博士,在过去十年中一直专注于血小板研究。传统上,血小板被认为是一组同质的细胞,仅在血液凝固中起作用,但现在,Hwa正在研究它们在各种过程中的作用。这部分是通过单细胞分析实现的,该分析表明血小板比以前认为的要多样化得多。
这些技术正在帮助Hwa弄清楚健康和患病血细胞中发生了什么。通过他的研究,他希望学习如何靶向有助于对抗癌症扩散和生长的血小板,衰老过程如何随着时间的推移改变血小板等等。"我从来没有想过我会像现在这样对血小板如此感兴趣和热情,"Hwa说。
遗传学助理教授Monkol Lek博士使用单细胞分析来更好地了解细胞在空间和时间上是如何发育的。他的实验室专注于罕见疾病遗传学,特别是罕见肌肉疾病,并正在努力创建非常广泛的骨骼肌器官系统的儿科细胞图谱。
大多数儿科细胞图谱从婴儿期到成年期分为四个不同的发育组。这些组代表了组织发育的重要阶段,其中身体经常发生重大变化。主要的肌肉疾病,以及许多其他疾病,经常在这些阶段开始出现。"我们可以使用单细胞分析来更好地了解人体肌肉如何在细胞水平上发育,以及人类疾病如何发展,"Lek说。
耶鲁大学的单细胞研究
单细胞技术的使用在各个学科中都很普遍。例如,细胞生物学和神经科学系的教师已经开始进行研究,以更好地了解我们最复杂的器官大脑中的不同细胞类型和功能状态,以及研究帕金森氏症等神经退行性疾病。耶鲁大学涉及单细胞分析的其他高级研究包括揭示阿尔茨海默病的性别特异性差异以及了解严重COVID-19患者的免疫反应。
更多生物工程新技术,请上科企岛
有惊无险!美国波音飞船已对接国际空间站,仍离不开俄火箭发动机据报道,美国波音公司的星际线载人飞船(CST100Starliner),已经于5月21日成功对接国际空间站,并向国际空间站运送了220多公斤的食品等物资。波音的这款载人飞船也被某些
哈勃望远镜在星系团附近发现了一条离地球很近的星河航天新闻门户网站AstroNews报道了一张哈勃望远镜的照片,其中有一条发现的恒星形成河一组31个星系。四个矮星系距离地球1。66亿光年,以宇宙标准来看,这是一个相对较小的距离。在
浙大学者发现巨行星轨道的不稳定发生在太阳系演化的早期据悉,诸多太阳系的观测,均支持四大巨行星曾经发生过剧烈的轨道动荡。但是这一事件发生在何时,由何种机制触发在学界一直并未达成共识。前人模型(Nicemodel,由模型提出者来自法国尼
欧洲航天局探测器任务准备近距离观察可能存在生命的木星卫星该航天器最近达到了完全集成的里程碑。将所有航天器的硬件整合在一起,这艘飞船现在第一次完全完成并准备好进行测试。它已被转移到法国图卢兹的空中客车工厂,在2023年4月发射前进行最终测
宇宙边缘,他竟然遇到那个神话中的人物宇宙究竟有没有边缘,如果有边缘,边缘之外又是什么?对于陈极而言,这个答案或许马上就要揭晓。轰隆!伴随着一声震天巨响,宇宙飞船破开最后的空间屏障。这就是宇宙的边缘!陈极无限惊叹。原来
月饼星球传说在茫茫宇宙之中,有一个完全由月饼构成的星系。星系的中间是一块巨无霸的恒星月饼,有八个大小不一的行星月饼围着它旋转。这八个行星月饼的口味分别是莲蓉馅儿,豆沙馅儿,火腿馅儿,蛋黄馅
引力产生的原因一些人认为,引力是时空扭曲产生的。但爱因斯坦是根据麦克斯韦光速不变假设逆推出时空扭曲。实验证明,在引力场中,光的传播路径是弯曲的。但根据光速不变假设,光在真空中是以直线传播的,速度
地球真的有一个固体的内核吗地球的内核是怎样的?地核是地球的核心部分,位于地球的最内部。半径约有3470km,主要由铁镍元素组成,高密度,地核物质的平均密度大约为每立方厘米10。7克。温度非常高,有40007
若宇航员在太空中死亡,尸体会不会腐烂?会经历怎样的过程?此前,有个将人的骨灰装在卫星上,并发射到太空的项目。当它飞过亲人的头顶时,就会通过APP进行提示,就好像亲人还在自己身边一般。人造卫星这种太空殡葬的方式曾经大火,还有人想到,太空环
来了!时速76000公里,640层楼高,巨大小行星将近距离靠近地球小行星是飞行的太空岩石,偶尔出现在科幻电影中,在电影里一般都是毁灭世界的角色,一颗大点的小行星可以直接将地球砸个窟窿,没有什么生命能存活。我们耳熟能详的恐龙灭绝事件很可能就是直径1
娴姐带你叹世界到东盟城埠里看恐龙东盟城埠里真品恐龙化石展馆今天开馆啦,娴姐带你叹世界,近距离观看恐龙化石!在漫长的地质年代里,地球上曾经生活过无数的生物,这些动物死亡后的遗体或是生活时遗留下来的痕迹,许多都被当时