创建描绘人类视网膜发育的高分辨率图谱

在哪些人体组织中发现了哪些细胞类型，在哪里?哪些基因在单个细胞中是活跃的，在那里发现了哪些蛋白质?这些问题的答案以及更多问题的答案将由专门的图谱提供 - 特别是在胚胎发育过程中不同组织如何形成以及导致疾病的原因。

在创建这个图谱时，研究人员不仅要绘制直接从人类分离的组织，还要绘制称为类器官的结构。这些是在实验室中培养的三维组织团块，其发育方式类似于人体器官，但规模很小。

“类器官的优势在于，我们可以干预它们的发育并测试它们的活性物质，这使我们能够更多地了解健康组织和疾病，”巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系定量发育生物学教授Barbara Treutlein解释说。

为了帮助制作这样的图谱，Treutlein与苏黎世大学和巴塞尔大学的研究人员一起，现在已经开发出一种方法来收集和汇编有关类器官及其发展的大量信息。研究小组将这种方法应用于人类视网膜的类器官，他们来自干细胞。

多种蛋白质同时可见

科学家们用于其方法的方法的核心是4i技术：迭代间接免疫荧光成像。这种新的成像技术可以使用荧光显微镜以高分辨率可视化薄组织切片中的数十种蛋白质。4i技术是几年前由苏黎世大学教授Lucas Pelkmans开发的，他是刚刚发表在Nature Biotechnology上的该研究的合著者。正是在这项研究中，研究人员首次将这种方法应用于类器官。

通常，研究人员使用荧光显微镜来突出显示组织中的三种蛋白质，每种蛋白质都有不同的荧光染料。由于技术原因，一次不可能染色超过五种蛋白质。在4i技术中，使用三种染料，但在测量后从组织样品中洗涤这些染料，并对三种新蛋白质进行染色。这一步由机器人执行了18次，整个过程总共花了18天。

最后，计算机将单个图像合并为单个显微镜图像，其中可见53种不同的蛋白质。它们提供有关构成视网膜的单个细胞类型的功能的信息;例如，视杆细胞、视锥细胞和神经节细胞。

研究人员用在单个细胞中读取哪些基因的信息来补充视网膜蛋白的这种视觉信息。

高空间和时间分辨率

科学家们对不同年龄的类器官进行了所有这些分析，因此处于不同的发育阶段。通过这种方式，他们能够创建图像和遗传信息的时间序列，描述视网膜类器官的整个39周发育。

“我们可以使用这个时间序列来显示类器官组织如何缓慢建立，哪些细胞类型在哪里增殖，何时增殖，以及突触的位置。这些过程与胚胎发育过程中视网膜形成的过程相当，“巴塞尔大学教授，这项研究的资深作者Gray Camp说。

研究人员在一个可公开访问的网站EyeSee4is上发布了他们的图像信息和更多关于视网膜发育的发现。

计划的其他组织类型

到目前为止，科学家们一直在研究健康的视网膜是如何发育的，但在未来，他们希望用药物或基因改造故意破坏视网膜类器官的发育。“这将使我们对视网膜色素变性等疾病有新的见解，这是一种遗传性疾病，导致视网膜的光敏受体逐渐退化并最终导致失明，”坎普说。研究人员想知道这个过程何时开始以及如何停止。

Treutlein和她的同事也在努力将新的详细映射方法应用于其他组织类型，例如人脑的不同部分和各种肿瘤组织。这将逐步创建一个图谱，提供有关人类类器官和组织发育的信息。