Från den forntida babyloniska världskartan till astronomiska bilder som kartlägger kosmos, kartor har varit grundläggande för att forma vår syn på universum och vår plats i det. Nu, efter år av intensivt sökande, har forskare konstruerat en av de viktigaste atlasen hittills: en karta över alla celler i människokroppen.
I en serie nya studier publicerade torsdagen i tidskriften Vetenskap, en internationell grupp av forskare som leds av Human Cell Atlas, ett globalt initiativ för att kartlägga varje enskild mänsklig cell, har katalogiserat mer än en miljon individuella celler över 33 organ och skapat sökbara encyklopediska databaser. Forskare hoppas kunna använda denna referenskarta för att bättre förstå cellstruktur och funktion, hur olika celler interagerar med varandra och vad som leder till deras specifika plats och roll inuti människokroppen.
Om vi vill ha en djupare förståelse för vad som gör en enskild cell frisk eller mottaglig för sjukdomar som cancer, diabetes eller covid-19 – för att inte tala om att komma på potenta vacciner eller terapier – kan den här kartan visa vägen dit.
”Du kan tänka på det som en Google Maps av människokroppen,” sa Sarah Teichmann, en molekylärbiolog vid University of Cambridge och en av grundarna av Human Cell Atlas, till reportrar under en pressträff denna vecka. ”Det är verkligen att gatukartor visar de enskilda cellerna och var de sitter i vävnader som vi siktar mot.”
Forskare har länge försökt att karakterisera och klassificera mänskliga celler för att avslöja deras biologiska funktioner och förstå vad som händer under ytan när det går åt helvete. Men att få en helhetsbild av vår kropps cellrepertoar är lättare sagt än gjort.
För att studera en enskild cell börjar forskare vanligtvis med en stor vävnadsbit, som består av miljoner om inte miljarder olika celler av olika typer. Att leta efter precis rätt kan vara som att leta efter en nål i en cellulär höstack. Ett annat problem är att förlita sig på donerad vävnad, som vanligtvis fryses för senare användning, vilket innebär att vissa celler kan dö och därför vara omöjliga att studera. Att ha rätt typ av teknik är en annan barriär.
Tack och lov har framväxten av ny teknik och färsk vävnad från organtransplantationer under de senaste decennierna gjort kartläggningen av celltyper i människokroppen mycket lättare. 2016 lanserade Teichmann och Aviv Regev, en beräkningsbiolog vid MIT:s Broad Institute, Human Cell Atlas för att konsolidera forskningsinsatser för cellkatalogisering och för att skapa en öppen resurs för forskare världen över som studerar mänskliga sjukdomar.
Bland de genombrott som gjorts av Human Cell Atlas nya studier, är en encellsatlas över 200 000 celler från frusen vävnad sammanställd av Regev och hennes team på Broad Institute. Med hjälp av maskininlärning kopplade forskarna också samman olika celltyper med 8 000 genetiska sjukdomar. Tillsammans med detta, forskare med Tabula Sapiens Consortium, som samarbetade med Human Cell Atlas, sammanställde en genetisk atlas titta på vilka gener som uttrycks i nästan 5 000 celler som finns i organ som lungor, hud, hjärta och blod som erhållits från levande och avlidna donatorer.
Denna mängd data hjälper inte bara forskare att definiera en celltyp baserat på dess genetiska signatur, den hjälper dem också att mer exakt förstå hur vanliga och sällsynta sjukdomar utvecklas. Detta kan potentiellt möjliggöra finjustering av framtida läkemedelsbehandlingar och undvika att skada celler som delar gener men som inte är involverade i sjukdomen.
”Till exempel är gener för förmaksflimmer förknippade med risken för förmaksflimmer, vilket är ett hjärtproblem. De används också av celler i skelettmuskeln, matstrupen och prostatan, sa Regev till reportrar under pressträffen. ”Så nu kan vi försöka hitta sätt att rikta in oss mer specifikt på de celler där vi vill påverka men inte att rikta in oss på andra celler med hjälp av dessa gener i kroppen.”
I en tredje uppsats kartlade Teichmann och hennes brittiska team av forskare immunceller hos vuxna och prenatala vävnader. De upptäckte unika versioner av immunceller som T-celler som kunde göra det möjligt för forskare att konstruera T-celler för att bli bättre på att bekämpa infektioner eller upptäcka sjukdomar som cancer.
”Insikterna har implikationer för terapier som förstärker eller undertrycker ett immunsvar för att bekämpa sjukdomar och för att utforma vacciner,” sa Teichmann.
Teichmann och Regev sa att den här omfattande cellatlasen också kan ge viktiga insikter om COVID-19-infektion – och potentiellt långvarig covid, en rad långvariga symtom som människor som återhämtar sig från viruset upplever.
Inlägget Den mänskliga cellatlasen är vår vägkarta för att besegra sjukdomar dök upp först The Daily Beast.
