Скомбинировав 25 массивов данных, исследователи создали крупнейший единый атлас человеческого кишечника и открыли новый способ, с помощью которого клетки желудка могут играть роль в воспалительных заболеваниях кишечника.
Благодаря сочетанию пространственных данных и данных по отдельным клеткам, составлена всеобъемлющая карта кишечника человека
Составление карты кишечника может обеспечить нас новыми знаниями о том, что происходит при таких заболеваниях, как рак кишечника и воспалительное заболевание кишечника (ВЗК). Пользуясь этим атласом, учёные из Института Сенгера и их коллеги открыли новую роль специфической клетки кишечника, подчёркивая её вклад в воспалительный цикл, случающийся у некоторых людей и иногда приводящий к болевым ощущениям и истощению.
В исследовании, опубликованном сегодня (20 ноября) в журнале Nature, приводятся подробности того, как группа учёных упорядочила свыше 25 массивов данных желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека, чтобы создать крупнейший в мире находящийся в свободном доступе ресурс о кишечнике человека. В него включены образцы от пациентов как с заболеваниями, так и без.
Имея более полную картину кишечника человека в здоровом состоянии и при болезни, исследователи могут идентифицировать любые ключевые изменения или различия, которые могут участвовать в возникновении таких заболеваний, как язвенный колит и болезнь Крона, и привести к обнаружению новых вероятных мишеней для разработки медицинских препаратов.
Эта работа — одна из собрания более 40 публикаций «Атласа клеток человека» в Nature Portfolio, которое представляет собой знаковый рубеж в нашем понимании человеческого тела. Эти очень взаимосвязанные исследования прояснили центральные аспекты развития человека, биологии здоровья и болезни, и привели к развитию жизненно важных аналитических инструментов и технологий, все из которых способствуют созданию «Атласа клеток человека».
ЖКТ — общее название группы входящих в пищеварительную систему органов, которые работают вместе, абсорбируя из нашей пищи питательные вещества и выступая в роли барьера против патогенов. Начинается он во рту и включает в себя горло, пищевод, желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник, прямую кишку и анус.
Заболевания ЖКТ влияют на жизни миллионов людей по всему миру. Например, язвенный колит и болезнь Крона, оба из которых относятся к воспалительным заболеваниям кишечника, поражают более семи миллионов людей во в мире, а в Великобритании один из 123 человек болеет ВЗК. Симптомы ВЗК могут варьироваться от человека к человеку и иметь огромное влияние на жизни людей. Эти симптомы включают боль в области живота, диарею, ректальное кровотечение, высокую утомляемость и проблемы с суставами.
Рак кишечника, также известный как колоректальный рак, начинается в толстом кишечнике, и является четвёртым по распространённости онкологическим заболеванием в Великобритании, почти 43000 человек в год получают этот диагноз. В мировом масштабе количество больных составляет 2 миллиона, и по имеющимся оценкам один из 17 мужчин и одна из 20 женщин в течении жизни получат диагноз рака кишечника.
В силу важности этих заболеваний, проводится множество исследований по отдельным клеткам, где изучается клеточная структура ЖКТ в здоровом и больном состоянии. В этих исследованиях применяются разные процессы и системы меток, что может создавать трудности, если сторонние исследователи попытаются ими воспользоваться.
В этом последнем исследовании учёные из Института Сенгера и их коллеги разработали новый инструмент для упорядочивания этих данных, создав стандартизированный ресурс по клеткам кишечника, который доступен для исследователей всего мира. Этот инструмент также может быть применён к другим органам и помочь при проведении других исследований.
Учёные объединили 25 массивов данных, получив атлас из 1,6 миллиона клеток, в котором содержатся как пространственные координаты, так и данные по отдельным клеткам, что позволяет исследователям увидеть, какие клетки есть в наличии, где они расположены, и как они взаимодействуют с окружающей их средой. Атлас был создан с использованием данных из образцов тканей пациентов с проблемами ЖКТ, а также пациентов с раком желудка и кишечника, глютеновой болезнью, язвенным колитом и болезнью Крона.
Учёные также идентифицировали тип клеток кишечника, который может играть роль в воспалительных процессах. Эти клетки, известные как метаплазические клетки кишечника, участвуют в заживлении оболочки кишечника. Однако учёные обнаружили, что эти клетки имеют генетическое сходство с другими клетками ЖКТ, участвующими в воспалении. Они предполагают, что воспалительные процессы при ВЗК приводят к происходящим в этих метаплазических клетках изменениям, которые активно способствуют дальнейшему воспалительному ответу.
Получив более глубокое понимание этого цикла воспаления, можно обнаружить новые способы его профилактики и лечения при ВЗК и, может быть, применить это знание к другим тканям и заболеваниям.
«Атлас клеток кишечника» находится в свободном доступе, и учёные разработали новые процессы, чтобы в него можно было добавлять результаты дальнейших исследований, создавая и развивая доступный ресурс для научного сообщества.
Д-р Аманда Оливер, первый автор статьи, говорит: «Пространственные характеристики и данные об отдельных клетках дают уникальную информацию о взаимодействии клеток кишечника, которую можно использовать для формирования более глубокого понимания работы организма человека. Объединение существующих массивов данных по отдельным клеткам позволяет нам составить более полную картину кишечника человека, и даёт исследователям возможность работать вместе на благо здоровья человека. Наш «Атлас клеток кишечника» также гармонизирован и находится в свободном доступе, и мы надеемся, что люди продолжат развивать его, добавляя данные для использования учёными по всему миру».
Д-р Раса Элментаите, одна из старших авторов, говорит: «Поскольку интегрированный атлас содержит такое большое количество данных, полученных от людей с заболеваниями и без, мы смогли открыть один тип патогенных клеток, которые могут играть роль в некоторых хронических заболеваниях, и могут стать мишенями для вмешательства в будущем. Это демонстрирует преимущества использования интегрированных атласов по отдельным клеткам в исследованиях, и я уверена, что, применив этот подход к другим тканям и органам, мы получим новые терапевтические открытия для целого ряда заболеваний».
Профессор Сара Тейхманн, одна из старших авторов и сооснователь «Атласа клеток человека», говорит: «Исчерпывающее понимание клеток с помощью «Атласа клеток человека» поможет объяснить многие аспекты здоровья и заболеваний человека, и, возможно, наметит новые пути лечения. Наш гармонизированный «Атлас клеток кишечника» показывает, чего можно достичь путём открытого сотрудничества с учёными во всём мире, и он привёл нас к созданию доступного комбинированного ресурса, который может использовать каждый, чтобы обнаружить новые способы понимания и лечения заболеваний».
Ресурс «Атлас клеток человека» доступен здесь: https://www.gutcellatlas.org/
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Институтом Сенгера (Wellcome Trust Sanger Institute).
Вам также может быть интересно: