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大约 7 年前 , 美国艾伦细胞科学研究所(Allen Institute for Cell Science)刚成立不久 。那时 , 该研究所试图找出用荧光蛋白标记细胞内结构的最佳方法,以便既能“看到”它们,同时又尽可能地维持细胞的正常状态 。
通过上述努力,该团队创建了人类诱导多能干细胞系的“艾伦细胞集”(Allen Cell Collection) 。在这之后,他们尝试对这些活细胞进行三维成像,以便能以足够高的分辨率看清楚细胞的结构 。这样一来,就能在不杀死细胞的情况下 , 对所有细胞进行分析 。
不过 , 还得先完成一个非常艰巨的任务 , 就是开发图像分析工具 , 将原始三维图像转换成单个细胞及其内部结构的图像 。
完成上述任务之后,一个数据集也随之诞生 。这让研究人员可以开发通用的分析框架 。该框架基于两个坐标系统:一个用于细胞形状,一个用于细胞内部结构的映射 。
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(来源: Nature )
最近,该团队在 Nature 发表了一篇题为《整合细胞内组织及其在人 iPS 细胞中的变异》()的论文 , 共有 84 位作者 。
图 | 相关论文(来源:Nature)
曾就职于艾伦细胞研究所(目前在德国莱布尼茨分析科学研究所担任研究组组长)的陈建旭,也参与了这项研究 。
在他的引荐之下,艾伦细胞研究所科研副主任苏珊娜·拉菲尔斯基(Susanne Rafelski)告诉 DeepTech:“论文包含了该研究所各个分支团队的几乎所有专业力量,是真正的共同努力的结果 。专家们的领域涵盖分子生物学、细胞生物学、计算科学、软件工程、工具可视化等 。”
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图 | Susanne Rafelski (来源: 资料图)
研究中,课题组揭示了正常细胞用于组织自身的基本规则,借此可以了解一个细胞到底是什么样子,它的内部组件是如何布局的,以及如何从根本上与细胞的行为方式联系在一起 。
当然,不同细胞之间也会存在一些“正常”的差异 。那么,如何判断在一个细胞中看到的差异,到底是正常变化的一部分、还是疾病的预警?可以说,此次论文的面世,让研究人员拥有了一种可以严格、定量地确定细胞差异的方法 。
以这种方法所获的数据为参考,就能对健康和疾病的细胞基?。颖局噬喜羁痰牧私?。当我们知道一个“正常”细胞群所有可能的存在方式时,就可以更准确地确定当细胞群出现异常时,到底问题出现在哪里,从而开发更有效的疾病治疗方法 。
此次工作的出色之处在于,研究人员用来分析和可视化特定细胞的方法,也可以用于身体中的许多其他细胞,就像一本指南一样 。
例如,研究人员已将这个指南中的一些概念,用于分析其他细胞类型和状态下的细胞组织 , 除了研究细胞内部的结构之外,他们还在寻找构成这些结构的蛋白质在位置组成上的模式 。
Susanne Rafelski 说:“当我第一次看到将细胞结构的平均位置 , 被绘制成干细胞的平均形状的方法时,这与我多年来仔细观察的数千张干细胞个体图像完美匹配到一起 。并准确地总结出所有结果的意义时,我知道这种计算方法在生物学上是有效的,因此,我们现在可以应用它来提出基本的生物学问题 。”
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