Phenoptics助力人胚胎骨髓血细胞和免疫细胞形成机制研究

Nature 亮点

近日，来自英国剑桥大学、牛津大学及纽卡斯尔大学等单位的研究人员对产前人胚胎骨髓中的血液系统和免疫系统如何发育进行了首次多组学深入分析，发现在短短几周时间里许多血细胞和免疫细胞类型均产生于发育中的骨髓组织，包括阻止细菌感染的关键性白细胞。该研究结果以标题"Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndrome"在线发表于2021年9月29日的顶级学术期刊《Nature》。

血细胞有一定的寿命，红细胞的寿命平均约120天，白细胞的寿命为数天、数周或数年。血细胞不断地衰老和死亡，由新生的血细胞不断补充，使外周血循环中血细胞数量和质量保持动态平衡，这一过程称为造血。
 

根据胚胎发育过程中造血中心的转移，可把出生前的造血相继分为3个阶段：卵黄囊造血期，肝造血期和骨髓造血期，从胚胎后期至生后终身，骨髓成为人体最大的造血器官，约占体重的4％－6％，但是目前尚不清楚骨髓中的造血过程是如何持续进行的，在人类出生后的一生中产生的血细胞和免疫细胞如何发挥功能仍是未解之谜。

来自英国剑桥大学、牛津大学及纽卡斯尔大学等单位的研究人员对产前人胚胎骨髓中的血液系统和免疫系统如何发育进行了首次多组学深入分析，发现在短短几周时间里许多血细胞和免疫细胞类型均产生于发育中的骨髓组织，包括阻止细菌感染的关键性白细胞。

这项研究是人类细胞图谱(Human Cell Atlas, HCA)计划的一部分，旨在绘制人体的每一种细胞类型，以改变我们对健康、感染和疾病的认识，为血液系统和免疫系统在骨髓中如何发育的重要参考。人类的血液系统和免疫系统通常能保护我们免受感染和疾病的侵袭，但它们偶尔也会出错导致免疫缺陷和恶性肿瘤，比如白血病即是白细胞功能异常的恶性疾病，如何探究背后的生物学机制尤为重要。

研究中作者使用了单细胞多组学联合分析的技术思路，包括Phenoptics多重免疫荧光分析，流式细胞分析，单细胞基因测序等工具全方位的展示了骨髓造血过程细胞的发生过程，基于Phenoptis技术方案，作者对于CD34、VEGFR2、CXCL12、CD117等指标进行多色荧光标记，详细描绘了骨髓组织中的基质细胞及免疫细胞发育所处的环境，为免疫细胞的功能差异研究提供了重要思路。



在研究中基于单细胞多组学分析发育中的骨髓组织样本，以便确定存在的细胞类型以及这些细胞表达的基因和蛋白差异，观察到血细胞和免疫细胞迅速多样化成为不同的特化细胞，包括称为中性粒细胞的白细胞用于防止细菌入侵，这对于对抗感染和疫苗的免疫响应也具有重要意义。



研究人员表示对于复杂的人体免疫系统，基于单细胞多组学技术方案能够确保正确理解发育过程，并且实现在单细胞分辨率水平上开展研究。对于首次确定发育中的骨髓中的所有血细胞和免疫细胞，使我们能够看到从未被我们为发育中的骨髓构建出的这种细胞图谱，这将成为科学家们的一个巨大资源宝库，为将来开发相关疾病治疗方法提供重要保障。


该研究项目作为人类发育细胞图谱（Human Developmental Cell Atlas, HDCA）一部分，是人类细胞图谱的重要分支旨在创建发育过程中细胞的综合图谱，这对于理解正常器官发生、突变、环境因素和传染源对人类发展的影响、先天性和儿童疾病以及衰老、癌症和再生医学的细胞基础至关重要。它有助于改变我们对人类免疫系统在生命早期如何发育的理解，并开发诊断和治疗免疫性疾病的新方法以及再生医学的潜力。
 

什么是Phenoptics解决方案？

Phenoptics解决方案，采用特色的MOTiF™ 快速全组织片扫描，是我们拥有专利和经过验证的新一代多光谱成像技术。采用Phenoptics流线型的工作流程，可以帮助您比以往更好地理解驱动疾病的生物学。您能够识别更多的细胞表型，评估它们的功能状态，通过细胞与细胞的相互作用及宏观组织结构的分析，描绘整个组织切片的空间关系。