Największy atlas komórek jelitowych, jaki kiedykolwiek stworzono, ujawnia ukryte powiązania z przewlekłym stanem zapalnym

Nowy atlas komórek jelitowych, zawierający dane z 1,6 miliona komórek, zapewnia bezprecedensowy wgląd w zdrowie i choroby przewodu pokarmowego.

Zespół badawczy kierowany przez Wellcome Sanger Institute stworzył najbardziej wszechstronną jak dotąd mapę komórek ludzkich jelit, łącząc dane przestrzenne i dane dotyczące pojedynczych komórek z 1,6 miliona komórek.

Atlas ten zapewnia bezprecedensowy wgląd w schorzenia takie jak rak jelita i choroba zapalna jelit (IBD). Korzystając z tego zasobu, zespół odkrył nową rolę określonej komórki jelitowej, podkreślając jej udział w cyklu zapalnym, który u niektórych osób może powodować ból i niepokój.

Nowe badanie opublikowane w Natura szczegółowo opisuje, w jaki sposób zespół zharmonizował ponad 25 jednokomórkowych zbiorów danych dotyczących ludzkiego przewodu żołądkowo-jelitowego (GI), aby stworzyć jak dotąd największe na świecie swobodnie dostępne źródło informacji na temat ludzkich jelit. Obejmuje to próbki zarówno od osób z problemami zdrowotnymi, jak i bez nich.

Wpływ na badania nad zdrowiem i chorobami

Zdobywając pełniejszą wiedzę na temat jelit człowieka pod względem zdrowia i choroby, badacze mogą zidentyfikować kluczowe zmiany lub różnice związane z takimi schorzeniami, jak wrzodziejące zapalenie jelita grubego i choroba Leśniowskiego-Crohna. Ta wiedza może prowadzić do nowych potencjalnych celów w zakresie opracowywania leków.

Niniejsza praca stanowi część zbioru ponad 40 publikacji HCA w czasopismach Nature Portfolio, które stanowią kamień milowy w naszym rozumieniu ludzkiego ciała. Te uzupełniające się badania rzuciły światło na główne aspekty rozwoju człowieka oraz biologii zdrowia i chorób, a także doprowadziły do ​​opracowania niezbędnych narzędzi i technologii analitycznych, które przyczynią się do stworzenia atlasu komórek ludzkich.^[1]

Globalne występowanie i wpływ schorzeń przewodu pokarmowego

Przewód pokarmowy to ogólna nazwa grupy narządów biorących udział w układzie trawiennym, które współpracują, aby wchłaniać składniki odżywcze z pożywienia i działają jako bariera przed patogenami. Rozpoczyna się w jamie ustnej i obejmuje gardło, przełyk, żołądek, jelito cienkie, jelito grube, odbytnicę i odbyt.

Choroby przewodu pokarmowego mają wpływ na życie milionów ludzi na całym świecie. Na przykład wrzodziejące zapalenie jelita grubego i choroba Leśniowskiego-Crohna – oba rodzaje nieswoistego zapalenia jelit – dotykają ponad siedem milionów ludzi na całym świecie,^[2] przy czym jedna na 123 osoby w Wielkiej Brytanii cierpi na IBD.^[3] Objawy IBD mogą się różnić u różnych osób i mieć ogromny wpływ na życie danej osoby. Należą do nich ból brzucha, biegunka, krwawienie z odbytu, skrajne zmęczenie i problemy ze stawami.^[4]

Rak jelita grubego, znany również jako rak jelita grubego, zaczyna się w jelicie grubym i jest czwartym pod względem częstości występowania nowotworem w Wielkiej Brytanii, u którego co roku diagnozuje się prawie 43 000 osób.^[5] Na całym świecie jest około dwóch milionów przypadków,^[6] szacuje się, że u jednego na 17 mężczyzn i co 20 kobiet zostanie w ciągu życia zdiagnozowany rak jelita.^[5]

Postępy w narzędziach badań komórkowych

Ze względu na wpływ tych warunków przeprowadzono wiele badań na pojedynczych komórkach, badających strukturę komórkową przewodu pokarmowego w zdrowiu i chorobie. Badania te mają oddzielne procesy i systemy etykietowania, co może powodować trudności, gdy badacze zewnętrzni próbują je wykorzystać.

W ramach najnowszego badania naukowcy z Wellcome Sanger Institute wraz ze współpracownikami opracowali nowe narzędzie umożliwiające harmonizację tych danych, tworząc standaryzowane źródło komórek jelitowych dostępne dla badaczy na całym świecie. Narzędzie to można również zastosować do innych narządów i ułatwić dalsze badania.

Zespół połączył 25 zbiorów danych, w wyniku czego powstał atlas zawierający 1,6 miliona komórek zawierający zarówno dane jednokomórkowe, jak i przestrzenne, co umożliwiło badaczom sprawdzenie, jakie komórki były obecne, gdzie się znajdowały oraz w jaki sposób komunikowały się z otaczającym je środowiskiem. Atlas utworzono na podstawie danych z próbek tkanek osób bez problemów z przewodem pokarmowym, a także osób chorych na raka żołądka i jelita grubego, celiakię, wrzodziejące zapalenie jelita grubego i chorobę Leśniowskiego-Crohna.

Rola komórek metaplastycznych jelit w zapaleniu

Zespół zidentyfikował także rodzaj komórek jelitowych, które mogą odgrywać rolę w zapaleniu. Wiadomo, że komórki te, zwane komórkami metaplastycznymi jelit, biorą udział w gojeniu błony śluzowej żołądka. Zespół odkrył jednak, że komórki te wykazują podobieństwa genetyczne do innych komórek przewodu pokarmowego zaangażowanych w stan zapalny. Sugerują, że stan zapalny w IBD prowadzi do zmian w komórkach metaplastycznych, co aktywnie przyczynia się do dalszych reakcji zapalnych.

Dzięki lepszemu zrozumieniu tego cyklu zapalenia możliwe będzie znalezienie nowych sposobów zapobiegania lub leczenia nieswoistego zapalenia jelit i ewentualnie zastosowanie tej wiedzy do innych tkanek i schorzeń.

Wnioski i perspektywy na przyszłość

The Atlas komórek jelitowych jest ogólnodostępne, a zespół opracował nowe procesy umożliwiające dodawanie przyszłych badań, tworząc ewoluujące i dostępne źródło informacji dla naukowców.

Doktor Amanda Oliver, pierwsza autorka z Wellcome Sanger Institute, powiedziała: „Dane przestrzenne i dane dotyczące pojedynczych komórek dostarczają unikalnych informacji na temat interakcji komórek jelitowych, które można wykorzystać do dalszego pogłębiania wiedzy na temat działania ludzkiego organizmu . Połączenie istniejących zbiorów danych dotyczących pojedynczych komórek pozwala nam stworzyć pełniejszy obraz ludzkich jelit i zapewnia badaczom możliwość współpracy, aby w dalszym ciągu przynosić korzyści zdrowiu ludzkiemu. Nasz Atlas komórek jelitowych jest również zharmonizowany i ogólnodostępny i mamy nadzieję, że ludzie będą w dalszym ciągu na nim bazować, dodając dane do wykorzystania przez naukowców z całego świata”.

Doktor Rasa Elmentaite, współautorka, poprzednio pracująca w Wellcome Sanger Institute, a obecnie w Ensocell Therapeutics, powiedziała: „Ponieważ zintegrowany atlas zawiera tak dużą ilość danych od osób z chorobami jelit i bez, byliśmy w stanie odkryć patogenny typ komórek, który może odgrywać rolę w niektórych stanach przewlekłych i może być celem interwencji w przyszłości. Pokazuje to siłę wykorzystania zintegrowanych atlasów pojedynczych komórek w badaniach i jestem pewien, że zastosowanie tego podejścia do innych tkanek i narządów doprowadzi do nowych odkryć terapeutycznych w przypadku szeregu schorzeń”.

Profesor Sarah Teichmann, współautorka i współzałożycielka Atlasu komórek ludzkich, wcześniej pracująca w Wellcome Sanger Institute, a obecnie w Cambridge Stem Cell Institute na Uniwersytecie w Cambridge, powiedziała: „Szczegółowe zrozumienie komórek poprzez komórkę ludzką Atlas pomoże wyjaśnić wiele aspektów ludzkiego zdrowia i chorób i być może naświetli nowe możliwości leczenia. Ten zharmonizowany atlas komórek jelitowych pokazuje, co można osiągnąć dzięki otwartej współpracy z naukowcami z całego świata, i doprowadził do powstania dostępnego, połączonego zasobu, z którego każdy może skorzystać w celu znalezienia nowych sposobów zrozumienia i leczenia chorób”.

Notatki

1. HCA to międzynarodowe konsorcjum współpracujące, którego misją jest tworzenie kompleksowych map referencyjnych wszystkich komórek ludzkich – podstawowych jednostek życia – jako podstawy do zrozumienia zdrowia ludzkiego oraz diagnozowania, monitorowania i leczenia chorób. Społeczność HCA tworzy wysokiej jakości atlasy tkanek, narządów i układów, aby stworzyć przełomowy atlas ludzkiego ciała. Ponad 3500 członków HCA z ponad 100 krajów współpracuje, aby stworzyć różnorodny i dostępny Atlas, który przyniesie korzyści ludzkości na całym świecie. Odkrycia już teraz dostarczają informacji do zastosowań medycznych, od diagnozy po odkrywanie leków, a Atlas komórek ludzkich będzie miał wpływ na każdy aspekt biologii i opieki zdrowotnej, ostatecznie prowadząc do nowej ery medycyny precyzyjnej. https://www.humancellatlas.org
2. „Globalne obciążenie chorobą zapalną jelit” autorstwa Vipula Jairatha i Briana G. Feagana, 21 października 2019 r., DOI: 10.1016/S2468-1253(19)30358-9
3. New research shows over 1 in 123 people in UK living with Crohn’s or Colitis. (2022) Crohn’s & Colitis UK, available at: https://crohnsandcolitis.org.uk/news-stories/news-items/new-research-shows-over-1-in-123-people-in-uk-living-with-crohn-s-or-colitis [Accessed July 2024]
4. Objawy, choroba Leśniowskiego-Crohna i zapalenie jelita grubego, Wielka Brytania, dostępne pod adresem: https://crohnsandcolitis.org.uk/info-support/information-about-crohns-and-colitis/all-information-about-crohns-and-colitis/symptoms?parent=23151&page=1&tags=&category=23151&sort=newest
5. Rak jelita. (przegląd z czerwca 2024 r.) Bowel Cancer UK, dostępny pod adresem: https://www.bowelcanceruk.org.uk/about-bowel-cancer/bowel-cancer/ [Accessed November 2024]
6. Odniesienie: „Globalne obciążenie rakiem jelita grubego w latach 2020 i 2040: szacunki zachorowalności i śmiertelności na podstawie GLOBOCAN” autorstwa Eileen Morgan, Meliny Arnold, A Gini, V Lorenzoni, CJ Cabasag, Mathieu Laversanne, Jerome Vignat, Jacques Ferlay, Neil Murphy i Freddie Bray , 1 lutego 2023 r., Jelito.
   DOI: 10.1136/gutjnl-2022-327736