改变干细胞研究的乡村方法

一项强大的新干细胞技术使大规模研究人类遗传学和生物学之间的关系成为可能。

使用 Garvan 医学研究所开发的方法在同一培养皿中研究来自数百个个体的干细胞样本，可能具有个性化治疗和复杂人类特征研究的变革潜力。

干细胞可以在体内发育成许多不同的细胞类型，使科学家能够在人体细胞中研究疾病和测试药物。然而，一个主要障碍是所需的费用和时间，因为这些研究需要来自数百甚至数千名捐助者的样本。

Garvan 团队创新的“培养皿中的村庄”系统可以通过在同一培养皿中同时培养和研究大量捐赠者的干细胞来加速这项研究，使研究效率提高 100 倍。

“我们的村庄模型提供了一种强有力的方式来理解人与人之间的遗传差异如何影响健康和疾病，”Garvan 研究所细胞科学主任、新南威尔士大学细胞基因组学未来研究所所长和该研究的资深作者 Joseph Powell 教授说。“尽管我们共享大部分 DNA，但我们基因的变异会导致独特的特征和反应。村庄系统大规模捕捉了这种多样性，揭示了人与人之间的遗传差异如何影响生物学和疾病背后的复杂机制。”

先前的群体基因组学研究依赖于一种称为批量 RNA 测序的技术来评估基因表达，该技术有效地将不同细胞类型的不同表达平均化为一个单一的衡量标准。这掩盖了单个细胞或细胞类型之间的潜在差异，并可能提供样本中基因表达的不完整或有偏见的观点，可能导致不准确或误导性的结论。

为了克服这些挑战，研究人员开发了“村庄”方法，将来自多个捐赠者的干细胞培养在一个培养皿中，并使用一种称为单细胞测序的技术进行分析。他们的发现表明，该方法保留了个体文化的关键特征。这提供了一种有效的解决方案，可以将实验扩展到提供准确人口快照所需的大量样本。

人类生物学研究的强大环境

village-in-a-dish 方法可以对通常无法进入的人体器官系统进行大规模研究。从许多个体中产生器官特异性细胞消除了从捐赠者那里获得这些器官的活组织样本的需要，并克服了仅研究少数个体细胞的局限性。例如，它可以通过从数千人身上生成心脏细胞来揭示对心脏状况的洞察力，这在直接组织取样中是不可能的。

“医学研究通常依赖于动物模型，它们并不是人类完美的生理指标。可以从患者血液样本中产生的诱导多能干细胞提供患者的完整 DNA 图谱，然后可以分化成人体中几乎任何细胞类型。从基础科学的角度来看，基于干细胞的系统是深入了解动物模型无法实现的人类遗传学和生物学之间关系的有力手段，”鲍威尔教授说。

从培养皿到临床

这种方法将使快速临床试验能够预测患者群体对药物的反应，从而能够发现新的治疗方法。

“这项研究的转化潜力特别引人注目。通过一次研究来自许多个体的细胞，我们可以以前所未有的规模识别出影响疾病和治疗反应的遗传因素，”该论文的第一作者、Garvan 的博士后科学家 Drew Neavin 博士说。

“一个例子是评估来自患者的数百种细胞系在帕金森病中的心脏毒性或路易体积聚。这些研究不是反映单个个体，而是揭示遗传群体之间共有和不同的反应。然后，这些见解可以通过预选可能受益的患者群体来为临床试验提供信息。总的来说，这种方法可以改变我们将干细胞科学转化为精确治疗的能力，”她说。

该研究发表在《自然通讯》杂志上。

它是人口基因组学和干细胞研究交叉领域大型合作机构的一部分，研究合作伙伴来自昆士兰大学、墨尔本大学和孟席斯研究所。

鲍威尔教授说：“我们期待看到我们的村庄系统如何被用于获得对复杂性状和疾病的遗传基础的前所未有的洞察，转化为精确诊断、量身定制的治疗和更好的健康。”