長期以來, 由於對“健康快樂”的細胞多樣性結構知之甚少, 科學家無法進一步瞭解一些由於疾病和藥物導致的細胞的變化。 近日, 一組揭示生物學領域的驚人多樣性現象的圖片在西雅圖發佈——6000多張螢光標記的誘導性多能幹細胞(iPS)圖片涵蓋了大量豐富的細胞生物學基礎資訊。
這些圖像的清晰程度讓一些科學家直呼不敢相信。 圖片顯示, 遺傳信息相同的幹細胞, DNA(紫色)和細胞膜(藍色)的結構也有差異。 它們是由西雅圖艾倫研究所(The Allen Institute)旗下的艾倫細胞科學研究所(The Allen Institute for Cell Science)的科研人員研究得出的。
儘管目前還沒有研究資料公佈,
艾倫細胞科學研究所執行所長Rick Horwitz博士表示:“這一前所未有的工具可能通過揭示細胞結構層面意想不到的資料結果, 加速幹細胞研究、癌症研究和藥物開發方面的進展。 ”由於細胞是非常複雜的, 它涉及成千上萬的相互作用部件, 一起協調工作來驅動和調節細胞結構及行為。
該專案始於一年之前, Horwitz博士和他的研究團隊將成年皮膚細胞重新程式設計成未分化的胚胎階段狀態, 然後他們使用CRISPR-Cas9技術在基因中插入螢光蛋白“標籤”, 使得細胞內結構發光。 這些基因包括了編碼細胞內肌動蛋白絲的基因, 這一類蛋白有助於細胞移動並保持其形狀。 研究人員很快地清楚發現, 即使來自同一親本細胞, 所有遺傳克隆的細胞在其胞內組分上迥然不同:例如線粒體和肌動蛋白纖維的位置、形狀和數量都具有差異性。
值得一提的是, 一體化細胞模型(The Integrated Cell Model)是Allen Cell Explorer中的一個特色元件,
在接下來的幾個月中, 艾倫研究所的研究人員將在細胞分裂的不同階段更新幹細胞圖像, 這也意味著這些細胞將逐步轉變為不同的細胞類型(如心臟細胞和腎細胞)。
Horwitz還說道:“這是研究人員第一次使用‘深入學習’來嘗試瞭解實際上細胞如何組織自我的難題。 我們現在大體依賴於教科書的示意圖畫, 這些示意畫是基於藝術科學家對相對較少數量的細胞資料的詮釋。 我相信簡單示意圖最終將被數量眾多的細胞資料驅動模型所取代。 ”
復旦大學醫學院教授陳力對第一財經記者表示:“單細胞的圖像分析技術和基因分析技術是相輔相成的。 細胞形態學的研究, 通過對細胞變化的分析會讓人類知道更多以前未知的東西, 現在這一領域才剛起步。 ”
陳力表示, 視覺化的細胞組織預測模型將對生物醫藥產生兩方面的重大突破——疾病診斷和新藥研發。
據陳力介紹, 他所在的復旦大學醫學院也與相關中國公司合作, 進行細胞組織的視覺化研究。 細胞視覺化分析涉及到的三大技術包括單細胞分離技術、細胞成像顯示技術和細胞形態的資料分析技術。 陳力對第一財經記者表示:“這些技術都還面臨很大的挑戰, 而且要通過多方合作開發才能投入到實際應用, 細胞視覺化應用的真正實現可能要5~10年時間。 ”他還表示, 這一技術對目前極具發展前景的合成生物學同樣有用。
對於艾倫細胞研究所的開放系統Allen Cell Explorer,陳力表示:“他們是希望鼓勵大家都到他的平臺上共用資料,最後建立一個庫。雖然這樣做很好,但是事實上具體的應用會涉及到不同的細節要去設置,也並不是那麼容易做到。”
對於艾倫細胞研究所的開放系統Allen Cell Explorer,陳力表示:“他們是希望鼓勵大家都到他的平臺上共用資料,最後建立一個庫。雖然這樣做很好,但是事實上具體的應用會涉及到不同的細節要去設置,也並不是那麼容易做到。”