空间映射人类肠道的创建

当你想到你的理想社区,也许你认为的绿树成荫的街道或一个组织严密的社区的人互相帮助。你可能不认为你的消化系统。

但也许你应该。据斯坦福医学科学家领导的研究团队确实有不同的细胞类型的“社区”合作消化食物和保护你免受感染,除此之外,一个新的ultra-high-resolution映射这些社区证明你的肠功能令人印象深刻的和视觉上引人注目。

就像人类的社区,有共同的元素,如街道,餐馆和房屋在不同数字,手机社区是由不同数量的特定功能的细胞类型。通过结合一些新的成像和测序技术,研究人员能够映射这些社区的单个细胞水平。

“这是第一次有人犯了一个空间肠在单细胞水平的地图,”Michael Snyder说,博士,教授,椅子的遗传学研究和文章的第二作者,发表在7月19日自然。“这有点像探索一个新的星球,在我们不知道究竟是什么类型的细胞会发现或他们将如何组织”。

映射肠道

研究者从多个实验室,斯坦福大学医学和其他机构,参与新的映射的努力,人类生物分子的一部分Atlas项目由美国国立卫生研究院。科学家在这个项目的目标是创建一个全面的人体细胞的地图。

地图肠道,科学家们调查了八个地区的小九已故捐赠人和大肠。使用索引的技术称为co-detection,或食品,其中包括染色和洗组织多次与荧光抗体(绑定特定的蛋白质的物质,使成像),研究人员发现20个不同的细胞社区基于每个细胞类型的相对丰度。额外的RNA分子分析和染色体物质的样品提供了一个更大的在每一个细胞类型的详细程度。

“我们的地图是为了成为一个健康的肠道,参考,我们可以比较从肠易激疾病早期结肠癌,”斯奈德说,医学博士,流式细胞仪教授斯坦福w . Ascherman遗传学。“这将是我们理解各种消化疾病的基础。”

社区的特殊细胞

大约20英尺长,肠道吸收的营养来自食物和保护身体免受入侵微生物,同时保持一个健康的平衡的有益的细菌帮助消化。

执行这些任务,小肠采用多种细胞类型,包括构成肠道粘膜上皮细胞、结缔组织细胞,神经细胞和免疫细胞。新地图,科学家们就能够确定每个单元格类型所在以及他们与其他细胞。

“观察单个细胞的存在与否并不能告诉你,”加里·诺兰说,博士Rachford Carlota a·哈里斯教授和病理学教授领导的研究随着斯奈德,基因和个性化医疗中心的主任,威廉‧格林利夫,遗传学博士,教授。“这是定义其功能的细胞是如何组合在一起。”

研究人员还想看到健康组织的组织改变了整个消化道,从靠近胃接近直肠。“什么是正常的在一个地区可能是疾病的征兆,”约翰·希基说,博士,博士后学者在微生物学和免疫学,第一作者在纸上。

一些社区,比如一个由平滑肌细胞(不自主运动控制)变得更常见的结肠的末尾,而其他社区主要由免疫细胞变得不那么常见。

对BMI和高血压

除了创建一个引用健康组织,新的地图显示,一些有趣的临床联系。例如,研究人员发现,身体质量指数有较高的捐助者M1巨噬细胞数量大大增加,一种免疫细胞与炎症有关。

“那些身体质量指数较高,尤其是高于一定水平,已知有胃肠疾病的风险更高,”希说。“许多疾病与慢性炎症有关。即使这些捐赠者没有胃肠道疾病的历史,增加巨噬细胞可能的指标pre-disease过程。”

捐赠者有高血压病史的还少一个不同类型的免疫细胞,叫做CD8 T细胞,它扮演一个角色在寻找和摧毁癌细胞。空间映射,研究人员能够看到CD8 T细胞失踪从一个特定的社区在肠上皮细胞衬。

“这是一个意想不到的但重要的结果,”希基说,“因为我们知道预防癌症的免疫系统发挥作用修剪出恶性细胞。如果你有更少的CD8 T细胞,你可能有一个更高的患癌症的风险。“事实上,研究表明,高血压患者更容易患结直肠癌。

未来的发展方向

在这项研究中,所有9个样品来自成人的捐助者,绝大多数是白人和男性。“我们最大的步骤之一是增加样本的多样性,”斯奈德说。“我们的目标是得到一个更全面的个人,包括多个种族背景和年龄。”

科学家们还希望地图小肠在三维空间中,这将帮助他们更好地可视化网络神经和血管的健康的肠道。

“你不能理解障碍,直到你理解什么是正常的,”诺兰说。

参考:希JW,贝克尔WR,奈文斯SA等。人类肠组织单细胞决议。自然。2023,619 (7970):572 - 584。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 05915 - x

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