محققان اولین اطلس تک سلولی یکپارچه ریه انسان را ایجاد کردند

بزرگترین و جامع ترین نقشه سلولی ریه انسان اعلام شد طب طبیعت امروز (8 ژوئن). اطلس سلول ریه انسان با آشکار کردن تنوع بسیار زیاد انواع سلول در ریه و تفاوت های کلیدی بین سلامت و بیماری، منبع ارزشمندی برای محققان ریه خواهد بود.

با ترکیب داده‌های تقریباً 40 مطالعه، محققان اولین اطلس تک سلولی ریه را ایجاد کردند که انواع سلول‌های کمیاب را آشکار می‌کند و تفاوت‌های سلولی بین افراد سالم را برجسته می‌کند. علاوه بر این، این مطالعه وضعیت‌های سلولی مشترکی را بین فیبروز ریه، سرطان و COVID-19 نشان داد که راه‌های جدیدی برای درک بیماری ریه ارائه می‌دهد که می‌تواند به شناسایی اهداف درمانی جدید کمک کند.

این مطالعه بخشی از ابتکار جهانی Human Cell Atlas (HCA) برای ترسیم هر نوع سلول در بدن انسان است تا درک ما از سلامت، عفونت و بیماری را تغییر دهد.

تحقیقات ریه از مطالعات اخیر تک سلولی که نشان می دهد کدام ژن در هر سلول فعال است، بسیار سود برده است. با وجود این، پژوهش تاکنون از نظر تعداد نمونه و افراد در هر مطالعه محدود شده است. برای درک بهتر ریه های سالم و تعیین اینکه چه چیزی در بیماری اشتباه می کند، به یک اطلس جامع نیاز است، اما دستیابی به این امر دشوار بوده است.

اکنون، تیم بزرگی از محققین با استفاده از یادگیری ماشینی پیشرفته، 49 مجموعه داده ریوی را با موفقیت ترکیب کرده اند، از نزدیک به 40 مطالعه جداگانه، در یک اطلس یکپارچه واحد. این تیم با ادغام و ادغام مجموعه داده‌ها از هر مطالعه اصلی ریوی توالی‌یابی RNA تک سلولی که تا به امروز منتشر شده است، اولین اطلس سلولی ریه انسان را ایجاد کرد. این اطلس بیش از 2.4 میلیون سلول از 486 فرد را در بر می گیرد و بینش جدیدی از زیست شناسی ریه ارائه می دهد که قبلاً امکان پذیر نبود.

یک اطلس اندام جامع به مجموعه داده های زیادی نیاز دارد تا تنوع بین سلول ها و افراد را به تصویر بکشد، اما ترکیب مجموعه داده های مختلف یک چالش بزرگ است. ما یک خط لوله معیار برای یافتن روش بهینه برای ادغام همه مجموعه داده ها در اطلس، با استفاده از هوش مصنوعی، و ترکیب موفقیت آمیز دانش و داده های تقریباً 40 مطالعه قبلی ریه ایجاد کردیم.

دکتر مالت لوکن، نویسنده ارشد مقاله، رهبر گروه، موسسه زیست شناسی محاسباتی و موسسه سلامت و ایمنی ریه، هلمهولتز مونیخ، آلمان

ما اولین اطلس مرجع ریه انسان را ایجاد کرده‌ایم که شامل داده‌های بیش از صد فرد سالم است و نشان می‌دهد که چگونه سلول‌های افراد با سن، جنس و سابقه مصرف سیگار متفاوت است. تعداد بسیار زیاد سلول‌ها و افراد درگیر، اکنون این قدرت را می‌دهد که انواع سلول‌های کمیاب را ببینیم و حالات سلولی جدیدی را شناسایی کنیم که قبلاً شرح داده نشده‌اند.»

پروفسور فابیان تیس، نویسنده ارشد مقاله، مدیر موسسه زیست شناسی محاسباتی هلمهولتز مونیخ

در حالی که هسته اطلس سلول ریه انسان داده‌های ریه‌های سالم است، این تیم همچنین مجموعه داده‌هایی را از بیش از 10 بیماری مختلف ریوی گرفته و آن‌ها را بر روی داده‌های سالم پیش‌بینی کرده تا وضعیت بیماری را درک کند.

این تیم کشف کردند که بیماری‌های ریوی مختلف حالت‌های سلول ایمنی مشترک دارند، از جمله این یافته‌ها که زیرمجموعه‌ای از ماکروفاژها (نوعی از سلول‌های ایمنی) فعالیت ژنی مشابهی در فیبروز ریه، سرطان و COVID-19 دارند. حالت‌های مشترک نشان می‌دهد که این سلول‌ها می‌توانند نقش مشابهی در تشکیل اسکار در ریه در هر سه بیماری ایفا کنند و نشانگرهایی را برای اهداف درمانی بالقوه ارائه دهند.

این اولین تلاش برای مقایسه ریه های سالم و بیمار در یک مطالعه به صورت یکپارچه است. مطالعه ما نه تنها از وجود فیبروز ریه در COVID-19 پشتیبانی می کند، بلکه به ما امکان می دهد یک وضعیت سلولی مشترک بین فیبروز ریه، COVID-19 و بیماران سرطان ریه را شناسایی و تعریف کنیم. یافتن این سلول‌های مشترک مرتبط با بیماری واقعاً هیجان‌انگیز است و روشی کاملاً متفاوت را برای نگاه کردن به بیماری‌های ریوی نشان می‌دهد، فرصت‌هایی را برای اهداف درمانی جدید و توسعه نشانگرهای زیستی پاسخ درمانی ایجاد می‌کند. یافته‌های ما همچنین نشان می‌دهد که درمان‌های مؤثر برای یک بیماری ممکن است به کاهش سایر بیماری‌ها کمک کند.»

Martijn Nawijn، نویسنده ارشد مقاله، استاد، مرکز پزشکی دانشگاه گرونینگن، هلند

پروژه یکپارچه سازی اطلس ریه یک تلاش مشترک بین المللی با نزدیک به 100 شریک از بیش از 60 بخش، از جمله محققان کلیدی از هلمهولتز مونیخ، مرکز پزشکی دانشگاه گرونینگن و دانشگاه نورث وسترن بود. این تیم بخشی از شبکه بیولوژیکی ریه اطلس سلول انسانی است که ریشه در شبکه‌های بذر ابتکاری چان زاکربرگ برای اطلس سلول انسانی و شبکه ریه DiscovaAIR با بودجه اتحادیه اروپا دارد. در آغاز همه‌گیری COVID-19 در سال 2020، جوامع ریوی تک سلولی به سرعت گرد هم آمدند و شبکه بیولوژیکی ریه HCA را برای کمک به درک COVID-19 تشکیل دادند که سپس به تلاش جهانی برای ادغام همه داده‌ها منجر شد.

یکی از مشکلات بزرگ در ایجاد اطلس سلولی یکپارچه ریه، حاشیه نویسی نوع سلول بود. گروه‌های تحقیقاتی مختلف از نام‌های متفاوتی برای یک نوع سلول یا همان نام برای سلول‌های مختلف استفاده کردند، بنابراین به عنوان یک تیم برای استانداردسازی آنها با استفاده از داده‌های اطلس کار کردیم. اطلس اولین قدم به سوی یک حاشیه نویسی اجماع از ریه انسان است که به گردآوری زمینه تحقیقات ریه کمک می کند.

لیزا سیکما، اولین نویسنده مقاله، دانشجوی دکترا، موسسه زیست شناسی محاسباتی، هلمهولتز مونیخ

اولین ارگان اصلی یکپارچه در ابتکار اطلس سلول های انسانی، اطلس سلول های ریه انسان به طور عمومی در دسترس محققان در سراسر جهان است، به عنوان یک منبع مرکزی برای مطالعه ریه در سلامت و بیماری.

اطلس سلول ریه انسان منبع عظیمی برای جامعه علمی و پزشکی است. داده‌های بیماری جدید را می‌توان بر روی HLCA ترسیم کرد و تحقیقات را به بیولوژی و بیماری ریه تبدیل کرد. HLCA به عنوان اولین اطلس مرجع کامل یک ارگان اصلی، نقطه عطفی در دستیابی به یک اطلس کامل سلولی انسانی است که درک ما از زیست شناسی و بیماری را تغییر می دهد و پایه و اساس دوره جدیدی از مراقبت های بهداشتی را می گذارد.

دکتر الکساندر میشارین، نویسنده ارشد مقاله، دانشیار دانشکده پزشکی فاینبرگ، دانشگاه نورث وسترن، ایالات متحده آمریکا