В какой среде находится клетки организма человека: В какой среде находятся клетки организма человека?

• В шприцах. Вирус сохраняется в шприцах при температуре от 27?C до 37?C до семи дней. Срок выживаемости ВИЧ в шприцах после находившейся там инфицированной крови может доходить до месяца. Исследование крови, которая была собрана более чем из 800 шприцев с сохранившимися там в разные промежутки времени остатками крови, показало любопытные результаты. Спустя 11 дней вирус удалось выделить из 10% шприцев из объема крови менее 2 микролитров. На срок выживаемости ВИЧ внутри шприца оказывают влияние определенные факторы: объем крови в игле, количественные показатели вируса в крови, а также температура окружающей среды.
• В крови. ВИЧ чувствует себя вполне комфортно в капле крови при комнатной температуре. Он может целую неделю сохраняться в высохшей крови при температуре 4?C.
• В воде. Вирус способен в течение нескольких дней выживать в канализации. Канализационные и сточные воды не опасны, поскольку за всю историю существования заболевания вирус никогда не выделялся из мочи или кала.
• В трупах. Вирус иммунодефицита может выживать до двух недель в органах и умерших людях. ВИЧ выделили из трупов людей между 11 и 16 днями после смерти. Трупы хранились при температуре 2?C. Остается неизвестным, как долго вирус может сохраняться в разлагающихся трупах при комнатной температуре. Однако его удалось выделить из органов, которые находились при температуре 20 ?C до 14 дня хранения после смерти. Спустя 16 дней хранения вирус не обнаружили в достаточном объеме для заражения. Это означает, что опасность таких трупов для патологоанатомов не столь велика.
• PH-кислотность. Вирус иммунодефицита человека может выжить только при pH от 7 до 8, оптимальным для него является 7,1. Именно по этой причине ВИЧ плохо выживает в моче, насморке и рвоте.
• На морозе. Вирус не погибает от холода – чем ниже температура, тем выше вероятность выживания ВИЧ. Вирус иммунодефицита человека сохраняется как при очень низких температурах, так и при глубокой заморозке. Например, ВИЧ отлично сохранялся при минус 70?C.

Начнем с того, где выживает ВИЧ:

Перейдем к условиям, при которых ВИЧ погибает:

Следует отметить, что их гораздо меньше, чем факторов, при которых вирус может «жить».

• Солнце и УФ-излучения. Вирус боится солнца.
• Высокие температуры. Вирус иммунодефицита человека чувствителен к высоким температурам.
• Щелочная и кислая среда. При рН ниже 7 или выше 8 ВИЧ постепенно уничтожается. Именно поэтому риск заражения вирусом здоровой женщины снижается при соответствующей степени кислотности вагинальной жидкости. Также по этой причине инфекция не выживает в сладких газированных напитках, поскольку их рН составляет около 3.
• Морская вода. В отличии от других вирусов в морской воде погибает значительно быстрее.

Несмотря на то, что выживаемость вируса во внешней среде все же не столь велика, важно выбирать такие салоны красоты и другие учреждения, где инструменты обрабатываются в специальном дезинфицирующем растворе и очищаются ватными дисками или латунной щеткой. Поскольку можно заразиться не только ВИЧ, но и другими инфекционными заболеваниями. Более подробно ознакомиться с тем, как следует выбирать салон красоты, можно здесь.

В случае прикосновения к шприцу с остатками ВИЧ-инфицированной крови невозможно заразиться. Кроме того, не теряет своей популярности миф о заражении ВИЧ через укалывание зараженными шприцами в общественных местах – на скамейках, в вагонах метро, в кинотеатрах. Таким способом заразиться невозможно, поскольку вероятность заражения составляет 0,03%. Подробнее узнать об этом мифической способе заражения ВИЧ можно здесь.

Информация взята с сайта.

Информационные материалы

Социальные ролики

Человек и его здоровье / КонсультантПлюс

Человек и его здоровье

Введение в науки о человеке

Значение знаний об особенностях строения и жизнедеятельности организма человека для самопознания и сохранения здоровья. Комплекс наук, изучающих организм человека. Научные методы изучения человеческого организма (наблюдение, измерение, эксперимент). Место человека в системе животного мира. Сходства и отличия человека и животных. Особенности человека как социального существа. Происхождение современного человека. Расы.

Общие свойства организма человека

Клетка — основа строения, жизнедеятельности и развития организмов. Строение, химический состав, жизненные свойства клетки. Ткани, органы и системы органов организма человека, их строение и функции. Организм человека как биосистема. Внутренняя среда организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость).

Нейрогуморальная регуляция функций организма

Регуляция функций организма, способы регуляции. Механизмы регуляции функций.

Нервная система: центральная и периферическая, соматическая и вегетативная. Нейроны, нервы, нервные узлы. Рефлекторный принцип работы нервной системы. Рефлекторная дуга. Спинной мозг. Головной мозг. Большие полушария головного мозга. Особенности развития головного мозга человека и его функциональная асимметрия. Нарушения деятельности нервной системы и их предупреждение.

Железы и их классификация. Эндокринная система. Гормоны, их роль в регуляции физиологических функций организма. Железы внутренней секреции: гипофиз, эпифиз, щитовидная железа, надпочечники. Железы смешанной секреции: поджелудочная и половые железы. Регуляция функций эндокринных желез.

Опора и движение

Опорно-двигательная система: строение, функции. Кость: химический состав, строение, рост. Соединение костей. Скелет человека. Особенности скелета человека, связанные с прямохождением и трудовой деятельностью. Влияние факторов окружающей среды и образа жизни на развитие скелета. Мышцы и их функции. Значение физических упражнений для правильного формирования скелета и мышц. Гиподинамия. Профилактика травматизма. Первая помощь при травмах опорно-двигательного аппарата.

Кровь и кровообращение

Функции крови и лимфы. Поддержание постоянства внутренней среды. Гомеостаз. Состав крови. Форменные элементы крови: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Группы крови. Резус-фактор. Переливание крови. Свертывание крови. Иммунитет. Факторы, влияющие на иммунитет. Значение работ Л. Пастера и И.И. Мечникова в области иммунитета. Роль прививок в борьбе с инфекционными заболеваниями. Кровеносная и лимфатическая системы: строение, функции. Строение сосудов. Движение крови по сосудам. Строение и работа сердца. Сердечный цикл. Пульс. Давление крови. Движение лимфы по сосудам. Гигиена сердечно-сосудистой системы. Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний. Виды кровотечений, приемы оказания первой помощи при кровотечениях.

Дыхание

Дыхательная система: строение и функции. Этапы дыхания. Легочные объемы. Газообмен в легких и тканях. Регуляция дыхания. Гигиена дыхания. Вред табакокурения. Предупреждение распространения инфекционных заболеваний и соблюдение мер профилактики для защиты собственного организма. Первая помощь при остановке дыхания, спасении утопающего, отравлении угарным газом.

Пищеварение

Питание. Пищеварение. Пищеварительная система: строение и функции. Ферменты, роль ферментов в пищеварении. Обработка пищи в ротовой полости. Зубы и уход за ними. Слюна и слюнные железы. Глотание. Пищеварение в желудке. Желудочный сок. Аппетит. Пищеварение в тонком кишечнике. Роль печени и поджелудочной железы в пищеварении. Всасывание питательных веществ. Особенности пищеварения в толстом кишечнике. Вклад Павлова И.П. в изучение пищеварения. Гигиена питания, предотвращение желудочно-кишечных заболеваний.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и превращение энергии. Две стороны обмена веществ и энергии. Обмен органических и неорганических веществ. Витамины. Проявление гиповитаминозов и авитаминозов, и меры их предупреждения. Энергетический обмен и питание. Пищевые рационы. Нормы питания. Регуляция обмена веществ.

Поддержание температуры тела. Терморегуляция при разных условиях среды. Покровы тела. Уход за кожей, волосами, ногтями. Роль кожи в процессах терморегуляции. Приемы оказания первой помощи при травмах, ожогах, обморожениях и их профилактика.

Выделение

Мочевыделительная система: строение и функции. Процесс образования и выделения мочи, его регуляция. Заболевания органов мочевыделительной системы и меры их предупреждения.

Размножение и развитие

Половая система: строение и функции. Оплодотворение и внутриутробное развитие. Роды. Рост и развитие ребенка. Половое созревание. Наследование признаков у человека. Наследственные болезни, их причины и предупреждение. Роль генетических знаний в планировании семьи. Забота о репродуктивном здоровье. Инфекции, передающиеся половым путем и их профилактика. ВИЧ, профилактика СПИДа.

Сенсорные системы (анализаторы)

Органы чувств и их значение в жизни человека. Сенсорные системы, их строение и функции. Глаз и зрение. Оптическая система глаза. Сетчатка. Зрительные рецепторы: палочки и колбочки. Нарушения зрения и их предупреждение. Ухо и слух. Строение и функции органа слуха. Гигиена слуха. Органы равновесия, мышечного чувства, осязания, обоняния и вкуса. Взаимодействие сенсорных систем. Влияние экологических факторов на органы чувств.

Высшая нервная деятельность

Высшая нервная деятельность человека, работы И.М. Сеченова, И.П. Павлова, А.А. Ухтомского и П.К. Анохина. Безусловные и условные рефлексы, их значение. Познавательная деятельность мозга. Эмоции, память, мышление, речь. Сон и бодрствование. Значение сна. Предупреждение нарушений сна. Особенности психики человека: осмысленность восприятия, словесно-логическое мышление, способность к накоплению и передаче из поколения в поколение информации. Индивидуальные особенности личности: способности, темперамент, характер, одаренность. Психология и поведение человека. Цели и мотивы деятельности. Значение интеллектуальных, творческих и эстетических потребностей. Роль обучения и воспитания в развитии психики и поведения человека.

Здоровье человека и его охрана

Здоровье человека. Соблюдение санитарно-гигиенических норм и правил здорового образа жизни. Укрепление здоровья: аутотренинг, закаливание, двигательная активность, сбалансированное питание. Влияние физических упражнений на органы и системы органов. Защитно-приспособительные реакции организма. Факторы, нарушающие здоровье (гиподинамия, курение, употребление алкоголя, несбалансированное питание, стресс). Культура отношения к собственному здоровью и здоровью окружающих.

Человек и окружающая среда. Значение окружающей среды как источника веществ и энергии. Социальная и природная среда, адаптации к ним. Краткая характеристика основных форм труда. Рациональная организация труда и отдыха. Соблюдение правил поведения в окружающей среде, в опасных и чрезвычайных ситуациях, как основа безопасности собственной жизни. Зависимость здоровья человека от состояния окружающей среды.

Как влияет атмосферное давление на организм человека? | ВОПРОС-ОТВЕТ

За ответом на этот вопрос мы обратились не к врачам, а к физикам. Ведь именно физические законы заставляют различные вещества изменять свои свойства под влиянием внешних факторов. Оказывается, что именно с точки зрения физиков, реакция человека на изменения погоды вполне оправдана и предсказуема.

«С физической точки зрения человеческий организм представляет собой сосуд с водой. Наше тело более чем на 60% состоит из воды. Причем это не просто вода, а вода запертая в герметично закрытые колбы — каждая клетка организма как раз и является такой колбой. Естественно, что все законы, справедливые для жидкостей, справедливы и для тела человека», — говорит физик Николай Прохоров.

В каких органах больше всего воды:

• легкие — 83%
• почки — 79%
• мышцы — 79%
• кровь — 79%
• мозг — 73%
• сердце — 73%
• печень — 71%
• кожа — 64%
• кости — 31%

Так что же происходит с организмом человека при изменение атмосферных условий? Оказывается, в организме человека происходят такие процессы, что они могли бы стать сюжетом для фильма ужасов.

«Помните простой опыт с воздушным шариком? Когда чуть-чуть надутый воздушный шарик помещают под стеклянный колокол и начинают откачивать из под него воздух? С падением давления шарик под колоколом начинает надуваться. То же самое происходит и в организме человека, где воздушный шарик, это живые клетки организма. При резком падении давления они начинают немного раздуваться. Конечно, ткани тела эластичны и компенсируют эти растяжения. Но ведь с годами эластичность теряется, появляются другие заболевания. Да и телу нужно время, чтобы компенсировать такие резкие изменения. Я думаю, что именно поэтому на изменения погоды жалуются именно пожилые люди, среди молодежи таких жалоб нет», — говорит ученый.

С кровью все не просто

С состоянием жидкостей в организме тоже реагируют на изменения погоды. Но тут влияние климата чрезвычайно многогранное. И учесть все факторы достаточно сложно.

«Жидкости тоже реагируют на изменения погоды. Например, при снижение атмосферного давления снижается температура кипения жидкости. Это только самая простая и очевидная зависимость. Существует еще много факторов, например, растворимость газов в крови. Все слышали про кессонную болезнь, которая поражает аквалангистов. Её причина в том, что при повышенном давлении на глубине в крови растворяется много азота, когда человек поднимается на поверхность давление падает и растворенный в крови азот превращается в газ. Кровь словно закипает. Образовавшиеся пузырьки азота тромбируют сосуды и происходят многочисленные кровоизлеяния. Чтобы этого не происходило, аквалангист поднимается с глубины медленно, тогда азот успевает безболезненно выйти из крови. Также влияет на состояние крови и температура окружающей среды. Некоторые из факторов могут менять вязкость крови. Система кровообращения человека, это, с точки зрения физики, гидравлическая система, где есть свои трубопроводы — сосуды и есть насос — сердце. При увеличении вязкости крови снижается пропускная способность сосудов и возрастает нагрузка на сердце. Еще не будем забывать о том, что кровь переносит кислород и процесс газообмена также зависит от физических факторов. Так что, если рассматривать человеческое тело с точки зрения физики, то можно определенно сказать — перепады погоды влияют. И хуже всего резкое понижение атмосферного давления, но это опять же с точки зрения физики. Думаю, эволюция позаботилась о том, чтобы переход с ясной погоды на дождливую не заканчивался полным вымиранием человечества», — говорит Николай Прохоров.

Врачи же утверждают, что лучшей профилактикой метеочувствительности являются длительные прогулки. В ходе многих исследований было установлено, что граждане, чья работа связана с постоянным пребыванием на свежем воздухе, почти не подвержены погодным изменениям.

Уникальное очищение организма на клеточном уровне

Если окружающую нас среду, природу, мы нынче как-то пытаемся спасать, вкладывая средства в большие программы, то человек остался один на один с загрязнением своей внутренней среды. Больных столько, что их кажется невозможным вылечить. Типичная картина: вроде бы ничего у человека не болит, а он ватный, вялый, раздражительный. С трудом выполняет привычную работу. Говорят — синдром усталости. В больнице тебе даже диагноз не поставят, скажут: отдохнуть надо дорогой. Даже, если дадут больничный, отдых ничего, как правило, не дает.

Ученые давно задумывались над проблемой загрязнения внутренней среды человека. В конце 19 века немецкий медик Реккевег сформулировал теорию зашлакованности организма. И.И. Мечников разрабатывал теорию старения протоплазмы, в основе которой было его наблюдение: организм перестает своевременно справляться с выведением токсичных веществ, наступает катастрофа. Имен в этом ряду немало.

Почему сейчас так много средств очищения организма и их так настойчиво рекламируют? Люди хотят здоровья. Но как его взять? Это главный вопрос. Бросаются чистить печень, кишечник.

Однако, установлено, что большая часть токсикантов находится в около клеточной (межтканевой) жидкости. Не в кишечнике, не в печени, которые мы так любим чистить. В крови ученые наблюдают лишь 5% загрязнителей, в лимфе — 7%. То есть основная клоака организма – околоклеточное пространство. Образно говоря, река межклеточной жидкости, питающей клетки, превращена в грязное болото. Природа мудро задумала схему работы основы нашей жизни – клетки. Она посчитала очень важной чистоту пространства вокруг нее. Лимфатический капилляр поставляет клетке потребные ей вещества, и он же – вместе с кровеносным капилляром удаляет продукты ее жизнедеятельности. То есть поставляет питание одна система, а уносят отработанное уже две системы. Кровеносная забирает мелкие загрязнения, лимфатическая – крупные молекулы. Поток лимфы тащит их в кишечник, на его «реснички». Если кишечник быстро не вывел эту грязь, она пойдет бродить вторично по организму уже в большей концентрации.

Академик В. Казначеев назвал клетку и околоклеточное пространство суперорганом человека. Именно на этой площадке разыгрывается драма и трагедия эндоэкологии — отрасли медицины, изучающей окружение клетки. Долгое время этот суперорган был недостижим для лечения. Можно локально подправлять кишечник, сердце, почки. Но как подступиться к тому, что «размазано» по всему организму? Сорок лет тому назад к этой проблеме обратилась, в частности, группа ученых. Многолетние опыты на животных и испытания препаратов помогли установить, что межклеточное пространство можно очищать, если стимулировать работу лимфатической системы – канализационной системы нашего организма. Задача — ускорить поток межклеточной жидкости, чтобы энергично выводить шлаки.

Почему за очищением организма стоит обращаться в «НатураМед»?

Уникальный метод комплексного очищения организма на уровне клетки уже 11 лет используется в оздоровительных программах центра естественного оздоровления «НатураМед». Основная задача – удалять, накопившиеся вокруг клеток, ненужные им отработанные и токсичные вещества. В очищенной среде клеткам лучше дышать и работать. Организм крепнет, быстрее справляется с заболеванием.

По окончании двухнедельного курса оздоровления все пациенты, в том числе которых были люди и пожилого возраста, отметили, что к ним вернулось давно забытое ощущение хорошего самочувствия, бодрость, энергия, прошли головные боли, ушли лишние килограммы. Похоже на чудо? Но чудо сотворил сам организм! Надо было лишь ему помочь активизировать свои защитные функции, убрать из окружения клеток накопившейся мусор.

На пути к картированию человеческого тела с клеточным разрешением

Abstract

Тело взрослого человека состоит почти из 37 триллионов клеток, каждая из которых обладает потенциально уникальными молекулярными характеристиками. В этом документе Perspective описываются некоторые проблемы и возможности, возникающие при картировании молекулярных характеристик этих клеток в определенных областях тела, и выделяются области международного сотрудничества для достижения более широкой цели всестороннего картирования человеческого тела с клеточным разрешением.

ВВЕДЕНИЕ

Картирование человеческого тела

Тело взрослого человека состоит примерно из 37 триллионов клеток человеческого происхождения и, по меньшей мере, столько же, сколько и часть микробиоты человека (Bianconi et al. , 2013 ; Sender et и др. , 2016). Исторически клетки определялись на основе их происхождения и морфологии, а в последнее время — на основе белков клеточной поверхности, в результате чего было определено 200–500 основных типов клеток (Valentine et al. , 1994; Vickaryous and Hall, 2006).Однако все чаще становятся очевидными ограничения этого подхода. Внутренние и внешние факторы, такие как эпигеномные модификации, структура хроматина, клеточная фаза, хронобиология, клеточная передача сигналов, внеклеточная среда и клеточное соседство, вносят пространственно-временную модуляцию состояния клетки, которая может значительно изменить ее физические, молекулярные и функциональные свойства. Таким образом, однократные исследования изолированных клеток вне их естественного окружения не дают точной структурной, молекулярной или функциональной информации.

Одной из основных целей картирования тканей человека на клеточном уровне является лучшее понимание этого пространственно-временного контекста. Столетия анатомических и патологоанатомических исследований выявили многие принципы, лежащие в основе пространственного расположения клеток в тканях человека, и определили повторяющиеся соседние структуры со сложной функцией. Однако степень, в которой клетки в этих структурах представляют уникальные типы клеток или обеспечивают различные функции, неизвестна. С появлением высокопроизводительных методов молекулярного профилирования отдельных клеток, а также усовершенствованных методов визуализации с высоким содержанием и высоким разрешением появилась возможность расширить существующие структурные, функциональные и физиологические карты человеческого тела с помощью количественных данных. молекулярная информация.Конкретные сведения о распределении нуклеиновых кислот, белков, метаболитов, липидов и других биомолекул во внутри- и внеклеточной среде, вероятно, изменят наше понимание типа и состояния клеток, а также того, как тканевая организация различается у разных людей, продолжительности жизни и состояния здоровья. – континуум заболеваний.

Зачем нам нужно понимать человеческое тело с разрешением одной клетки?

Генетическая изменчивость, эпигенетические модификации и структура хроматина определяют фенотипическую изменчивость на уровне отдельных клеток.Поэтому понимание биологии человека на уровне отдельных клеток необходимо для понимания влияния генетических вариантов и эпигенетических модификаторов на здоровье и болезни человека. Причинно-значимые клетки для любого конкретного состояния здоровья или заболевания не могут быть известны, если не определены многие состояния клеток. Точно так же специфическое терапевтическое воздействие на болезнетворные клетки не может быть достигнуто, если недоступны молекулярные профили, которые отличают эти клетки от здоровых клеток.

Клеточная гетерогенность из-за возмущений биомолекулярных профилей, тканевой среды или изменений клеточных сигналов часто приводит к возникновению болезненных или дисфункциональных состояний.Примером этого недавно стала гетерогенность, наблюдаемая в моделях нейродегенерации и нервно-мышечных заболеваниях (Rodriguez-Muela et al. , 2017; Ajami et al. , 2018). Две клетки номинально одного и того же типа в одном и том же органе или ткани могут вести себя по-разному при терапевтическом вмешательстве в зависимости от их молекулярного и функционального состояния. Их состояние зависит от многих факторов, включая пространственно-временное окружение клетки, а также от локальной и системной передачи сигналов, внеклеточной структуры и предыдущих внутренних состояний.Кроме того, роль редких и подвижных клеток, таких как иммунные клетки или клетки в плюрипотентном состоянии, может значительно изменить фенотипы клеточных окрестностей. Учитывая эти соображения, глубокая молекулярная информация с клеточным разрешением может значительно улучшить и дополнить информацию о местоположении клеток, находящихся в тканях и органах, для определения здоровья и болезни.

ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ АНАЛИЗА ОДИНОЧНЫХ КЛЕТОК

Масштабы и сложность составления биомолекулярного атласа человеческого тела пугают.В настоящее время требуются месяцы, чтобы измерить и проанализировать профили транскрипции миллионов клеток с использованием современных методов, поэтому на сегодняшний день работа сосредоточена на определенных областях или органах и используется несколько подходов к выборке. Еще одним практическим соображением является компромисс между молекулярной глубиной, пространственным разрешением и объемом анализируемой ткани. Например, существующие анализы на основе секвенирования предоставляют подробные профили транскрипции, но ограниченную пространственную информацию. И наоборот, большинство анализов с пространственным разрешением ограничены объемом биомолекулярных данных, которые они могут предоставить, особенно при использовании зондов.В идеале, в краткосрочной перспективе итеративное применение этих двух широких классов анализов должно предоставить информацию о положении клеток в резидентных тканях, а также их молекулярные сигнатуры. Тем не менее, чтобы получить всестороннее представление обо всех типах биомолекул, присутствующих в организме в целом, и связать организацию клеток в ткани с ее общей функцией, потребуется новое поколение анализов и вычислительных методов. Однако дивиденды от этих усилий потенциально высоки. Объединение воедино анатомической, молекулярной и функциональной информации в различных масштабах даст возможность расшифровать влияние связи клетка-клетка, клетка-соседство и клетка-организм, пластичность типов клеток, устойчивость и чувствительность функциональных цепей к молекулярным воздействиям. возмущения (и наоборот), и как организация, циклические состояния и старение влияют на появление дисфункций и болезней.

Здесь мы описываем существующие и новые технологии, поддающиеся анализу отдельных клеток, и возможности, которые они открывают для построения биомолекулярного атласа. Эти технологии еще не получили широкого подтверждения и действительно могут быть непригодны для использования или предоставлять полезную информацию для всех типов клеток и тканей. Каждый метод также может иметь ограничения, которые мы попытались выделить, чтобы указать, где может потребоваться дальнейшая работа.

Геномные анализы

Демонстрация надежного обнаружения однонуклеотидных вариаций в геноме отдельной клетки затруднена из-за технических ограничений, включая чувствительность (низкая вариабельность числа копий) и необходимость амплификации ДНК до уровней, достаточных для секвенирования (низкая точность усиления) (Eberwine, 2017).Чтобы решить эти проблемы, Се и его коллеги разработали несколько циклов амплификации на основе отжига и петель, а совсем недавно — линейную амплификацию с помощью вставки транспозона (LIANTI), чтобы продемонстрировать амплификацию всего генома одноклеточной геномной ДНК с использованием линейной амплификации (Huang et al. , 2015; Чен и др. , 2017). Авторы сообщили, что LIANTI превосходит существующие методы, тем самым позволяя обнаруживать вариации числа микрокопий с разрешением в тысячи пар оснований.Это позволило прямо наблюдать стохастическое срабатывание источников репликации ДНК, а также показало, что мутации цитозина в тимин, наблюдаемые в геномике одиночных клеток, часто возникают из-за артефакта дезаминирования цитозина при лизисе клеток (Chen et al. , 2017). Используя тщательно разработанные датчики FISH, Levesque et al. (2013) продемонстрировали возможность количественной оценки аллель-специфичной экспрессии в отдельных клетках в культуре. Эти методы имеют большие перспективы для понимания структурных, копийных и однонуклеотидных вариаций и происхождения, хотя стоимость, мультиплексирование этих методов, одновременное обнаружение нескольких SNP и работа с образцами тканей человека, сохраненными разными способами и с множеством разных типов клеток, имеют большое значение. проблемы с генерацией данных с высокой пропускной способностью.

Геномные анализы также все чаще позволяют получить функциональную информацию. Например, метиломы ДНК одиночных клеток использовались для идентификации 16 мышиных и 21 человеческой субпопуляций нейронов клеток в лобной коре из изолированных одиночных ядер (Luo et al. , 2017). Аналогичным образом, с использованием одноядерного метода drop-seq в сочетании с секвенированием гиперчувствительных участков одноклеточных транспозом, в недавних исследованиях было картировано более 60 000 одиночных клеток для регуляторных элементов и сайтов связывания факторов транскрипции из зрительной коры взрослого человека, лобной коры и мозжечка (Lake ). и другие., 2016). Было обнаружено, что выделение ядер из тканей более полезно, чем диссоциация клеток, особенно для тканей со сложными и изменчивыми внеклеточными структурами; однако анализ только ядер может дать искаженное представление о транскрипционном состоянии клетки.

Анализ доступного для транспозазы хроматина с использованием секвенирования (ATAC-seq) позволил провести анализ мгновенно замороженных образцов первичной ткани. В недавней статье описывается, как более 15 000 ядер были проанализированы и использованы для идентификации 20 различных клеточных популяций и дальнейшего очерчивания регуляторные последовательности транскрипции, а также программы развития на восьми стадиях развития (Preissl et al., 2018). Сочетая разрешение отдельных клеток с анализом захвата хроматина, было достигнуто понимание трехмерной укладки генома на большой глубине. Рамани и др. (2017) использовали одноклеточный комбинаторно индексированный Hi-C для разделения клеток путем кариотипирования, а также различий в состоянии клеточного цикла и выявления межклеточной гетерогенности в клетках млекопитающих. Интеграция секвенирования комбинаторной индексирующей РНК отдельных клеток (sci-RNA-seq) с иммунопреципитационным секвенированием хроматина целых животных выявила эффекты факторов транскрипции на тип клеток (Cao et al. , 2017). Хотя эти исследования проводились на нематодах, применение аналогичных подходов к человеческим тканям открыло бы новые возможности для определения программ транскрипции и путей дифференцировки, специфичных для клеточного типа, с беспрецедентным разрешением. Существует также потенциал для повышения эффективности и глубины этих методов и сравнения анализа отдельных клеток и объемного анализа.

Эти исследования дают представление о расшифровке генома на уровне одной клетки и о генетических программах и регуляторных путях.Однако эти методы основаны на изоляции отдельных ячеек и не собирают пространственную информацию. Они также подвержены систематическим ошибкам, ограничениям чувствительности и специфичности лежащего в их основе подхода к секвенированию, что особенно важно для одиночных клеток, где могут присутствовать отдельные транскрипты или взаимодействия, и это имеет решающее значение для определения состояния клетки.

Транскриптомные анализы

Произошло резкое увеличение масштабов исследований, анализирующих данные секвенирования одноклеточной РНК, благодаря автоматизации и улучшению подготовки образцов, секвенаторов и аналитических инструментов (Rozenblatt-Rosen et al. , 2017). За последние несколько лет также появилось множество подходов к секвенированию, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны (Haque et al. , 2017; Ziegenhain et al. , 2017). Кроме того, резкий рост вариативности и пропускной способности методов секвенирования был отражен увеличением мультиплексирования и пропускной способности методов на основе изображений. Одномолекулярная FISH (smFISH) была золотым стандартом для количественной оценки содержания отдельных транскриптов (Coleman et al., 2015). Системы на основе FISH обеспечивают прямое измерение пространственной организации и могут обеспечивать полуколичественное считывание; однако у них есть ограничения в динамическом диапазоне и плотности транскриптов, которые могут быть разрешены одновременно. Недавно smFISH был мультиплексирован на уровне транскриптома и профилировал 10 212 различных мРНК из мышиных фибробластов и эмбриональных стволовых клеток (Eng et al. , 2017). Этот метод, называемый последовательным зондированием РНК-мишеней, представляет собой точную, гибкую и недорогую альтернативу секвенированию для профилирования транскриптомов. Другие недавние инновации включают мультиплексную устойчивую к ошибкам флуоресцентную гибридизацию in situ (Moffitt and Zhuang, 2016), цепную реакцию гибридизации одной молекулы для усиления сигнала (Shah et al. , 2016) и секвенирование флуоресценции in situ (Lee et и др. , 2015). Вместе эти инновационные подходы выходят за рамки более традиционных анализов FISH, хотя степень какой-либо систематической ошибки, плотность транскриптов, которые можно исследовать одновременно, и чувствительность этих методов при применении к различным человеческим тканям еще предстоит установить.

Хотя обилие РНК может указывать на индивидуальные (статические) клеточные состояния, оно не выявляет напрямую динамические процессы, такие как клеточная дифференцировка (La Manno et al. , 2017). Тем не менее, скорость РНК, производная по времени от количества РНК, может быть оценена путем различения несплайсированных и сплайсированных мРНК в стандартных протоколах секвенирования одноклеточной РНК, которые могут предсказать будущее состояние отдельных клеток на временной шкале часов. Точность скорости РНК в линии нервного гребня была недавно подтверждена, что еще раз демонстрирует ее использование на нескольких технических платформах.Это, по-видимому, захватывающее развитие, которое может значительно помочь анализу линий развития и клеточной динамики, особенно в сохранившихся тканях человека (La Manno et al. , 2017).

Протеомные анализы

Анализ РНК с разрешением одной клетки в настоящее время намного превосходит анализ белков; однако в последнее время было достигнуто несколько достижений в области анализа белков с разрешением одной клетки. Двумя широко используемыми методами массового параллельного измерения белков в ансамблях клеток являются масс-спектрометрия и антитела со штрих-кодом в сочетании с проточной цитометрией.В настоящее время они все чаще применяются к одноклеточному домену. Например, масс-цитометрия (проточная цитометрия на основе флуоресценции с мечеными антителами в сочетании с масс-спектрометрией) или цитометрия по времени пролета (CyTOF) обеспечивают многомерный количественный анализ, который может определять типы клеток на основе как поверхностных маркеров, так и внутриклеточной передачи сигналов. молекулы (Bjornson et al. , 2013). CyTOF использует в качестве репортеров стабильные изотопы вместо антител, конъюгированных с флуорофором, что ограничивает шум из-за аутофлуоресценции.Кроме того, CyTOF подходит для фиксированных формалином тканей, залитых парафином, которые часто являются основным источником биообразцов патологии. Масс-цитометрия также позволяет нам исследовать посттрансляционные модификации белка (например, цитометрия с фосфопотоком), тем самым измеряя базальные и индуцированные клеточные состояния (как при передаче сигнала) с разрешением одной клетки (Bandyopadhyay et al. , 2017). Другой метод, многопараметрическая ионно-лучевая визуализация, который объединяет визуализирующую масс-спектрометрию и меченые антитела, может одновременно анализировать до 100 целей в пятилогарифмическом динамическом диапазоне и, таким образом, имеет потенциал для создания трехмерных карт тканей (Angelo et al., 2014). Серийная флуоресцентная визуализация позволяет проводить мультиплексный анализ белков, и за последнее десятилетие было разработано несколько вариантов мультиплексной визуализации (Schubert et al. , 2006), либо путем последовательного связывания и удаления зондов (Gerdes et al. , 2013). ) или путем штрихового кодирования зондов и секвенирования флуорофоров. Эти методы использовались для создания карт разрешения отдельных клеток в сотнях образцов тканей человека с использованием 61 маркера (Gerdes et al., 2013) и изучить архитектуру селезенки мыши с 66 маркерами, совместимую с любым трехцветным флуоресцентным микроскопом (Гольцев и др. , 2018). Эти методы напрямую предоставляют пространственную информацию, хотя серьезной проблемой является доступность согласованных высококачественных человеческих антител и возможность систематической ошибки, основанной на плотности и модификации интересующих белков. Другой потенциально значимой разработкой является масс-спектрометрический подход «сверху вниз», который обещает обеспечить считывание межмолекулярных кодов, отпечатанных на гистоновых хвостах (таким образом измеряя эпигенетические изменения), хотя его применение для разрешения отдельных клеток еще предстоит твердо доказать (Zheng ). и другие., 2016). Вместе эти методы обеспечивают все более мощный набор инструментов для изучения экспрессии белков в тканях на уровне отдельных клеток.

Проблемы при использовании анализа одиночных клеток

Существует также несколько проблем при использовании стратегии анализа отдельных клеток для картирования тканей. Здесь мы опишем три из этих проблем более подробно: сбор и преаналитическая обработка тканей, неопределенность измерения и мультиплексирование. Сбор тканей создает множество этических, юридических и социальных проблем, особенно в отношении широкого и открытого согласия на то, как эти ткани и связанные с ними данные могут быть использованы.В рамках процесса сбора в идеале собирают положение и ориентацию ткани, чтобы ее можно было легко сопоставить с общей системой координат, хотя по многим причинам это может быть невозможно; чем меньше биообразец и чем меньше доступной контекстуальной информации, тем сложнее задача интеграции любых связанных данных в карту всего тела. В идеале мы также можем фиксировать детали и местоположение всех биомолекул, присутствующих в данной ткани; однако на практике мы можем изучать только небольшое подмножество присутствующих биомолекул, отчасти благодаря доступности анализов и простоте мультиплексирования.

Преданалитическая обработка может привести к искажению или потенциальному искажению измерений. Например, выделение отдельных клеток из определенных тканей для секвенирования часто бывает очень трудным, тогда как выделение отдельных ядер в этих случаях гораздо более осуществимо. Это привело к открытию секвенирования отдельных ядер, которое дало массу информации о новых подтипах резидентных нейронных клеток в головном мозге (Lake et al. , 2016). Одноядерное секвенирование (sNuc-seq/snRNA-seq) также специально использовалось для обогащения новых транскрибируемых генов в более широком контексте (Lacar et al., 2016). Более того, он профилирует быстрые клеточные ответы и измеряет вновь синтезированные ядерные РНК, лишенные рРНК, которые могут быть чрезмерно представлены в общем транскриптоме (Lake et al. , 2016). Кроме того, sNuc-seq может облегчить профилирование сложных биообразцов, таких как замороженные или консервированные ткани, которые часто содержат неотделимые клетки. Для этих образцов легче создать ядерную суспензию, чем суспензию отдельных клеток. Хотя общее качество данных может немного уступать типичным данным транскриптома одной клетки, выходные данные по-прежнему позволяют обнаруживать потенциальные новые виды РНК и/или новые типы клеток.Таким образом, для анализа сложных биообразцов (например, биоптатов тканей или срезов здоровых тканей) sNuc-seq лучше подходит, чем традиционное секвенирование отдельных клеток, хотя вероятность искажения результатов представляет собой проблему.

Еще одна проблема связана с точностью, чувствительностью и специфичностью измерений. Например, эффекты партии и изменчивость в биологических образцах могут сбивать с толку и создавать проблемы для дальнейшего последующего анализа. Как правило, существует два основных типа изменчивости: техническая изменчивость и биологическая изменчивость. Техническая изменчивость возникает из-за изменений в качестве и обработке образцов, но также может возникать, например, из-за изменений в подготовке библиотеки или технологии секвенирования, которые могут различаться в разных лабораториях. С другой стороны, биологическая изменчивость может возникать из-за различий в образцах, полученных от пациентов, или из-за экологических или естественных генетических нарушений полученных биологических образцов. Мультиплексирование может быть одним из методов решения некоторых из этих проблем (Krutzik and Nolan, 2006; Zheng et al., 2018). Во-первых, это может устранить технические эффекты партии, поскольку клетки из разных образцов можно смешивать вместе и тестировать в одном эксперименте с последующим сопоставлением каждого типа клеток с исходным образцом (демультиплексирование). Во-вторых, мультиплексирование обычно выявляет и учитывает смешанные «дуплеты» клеток, поскольку часто две клетки остаются связанными даже в самых строгих условиях (Kang et al. , 2018). Поскольку дублеты из двух образцов будут демонстрировать «штрих-коды» обоих образцов в мультиплексном эксперименте, их можно идентифицировать даже из пула (Butler et al., 2018). Кроме того, в мультиплексных экспериментах можно использовать методы искусственного возмущения, такие как CRISPR, для создания разнообразия генома/эпигенома в различных отдельных клетках. Недавнее исследование показывает потенциал сочетания возмущений CRISPR и секвенирования РНК одиночных клеток для объединенных генетических скринингов за счет оптимизации CROP-seq с помощью штрих-кодирования направляющей РНК (Hill et al. , 2018). Учитывая, что измерения выполняются в небольшом объеме на разнообразном диапазоне биомолекул в большом динамическом диапазоне и с высокой пропускной способностью, трудно сбалансировать это с достижением единичной чувствительности.Точно так же трудно достичь специфичности для всех соответствующих биологических вариаций и точно нанести на карту сложные молекулярные структуры (Hill et al. , 2018).

Еще одной проблемой является выбор биомолекул для изучения. Например, уровни транскриптов сами по себе не могут точно предсказать уровни белка во многих сценариях, и, таким образом, для объяснения взаимосвязей генотип-фенотип высококачественные данные, определяющие различные уровни экспрессии генов, необходимы для полного понимания биологических процессов (Liu et al., 2016). Кроме того, учитывая динамическую природу клеточных состояний, изменения в геноме, эпигеноме или содержании белка могут сильно изменить функцию клетки. Следовательно, недостаточно полагаться только на анализ общего транскриптома, чтобы точно определить динамику клеточного состояния или функции. Например, часто посттранскрипционные модификации имеют решающее значение для клеточной функции и определяют состояние данной клетки, например, изменения в фосфорилировании белков во время передачи клеточных сигналов. Также хорошо задокументировано, что вариации геномных последовательностей могут влиять на эпигенетические изменения и что изменения в состояниях хроматина (т. g., изменения в ДНК и/или метилировании гистонов) сильно влияют на функциональную экспрессию генов (Rozenblatt-Rosen et al. , 2017). Из-за этих осложнений желательно по возможности мультиплексировать различные анализы для одновременного измерения нескольких молекулярных фенотипов (мультимодальный анализ). Таким образом, анализ эпигенетических изменений или модификаций белка вместе с РНК может дать большую ясность в отношении идентичности, а также функции клетки. Новые методы пытаются объединить различные параметры, такие как профилирование метилирования одиночных клеток (с помощью бисульфитного секвенирования) или доступность нуклеосом/хроматина (ATAC-seq) и транскриптомику, хотя ни один из них не продемонстрировал разрешения одиночных клеток в тканях человека на сегодняшний день.В дополнение к общей транскриптомике включение scNuc-seq (ядерной РНК) в эти мультимодальные анализы, особенно в случае сложных тканей, может обеспечить лучшее понимание взаимосвязи между эпигенетическими/хроматиновыми изменениями и инициацией транскрипции (Rozenblatt-Rosen et al. и др. , 2017).

Последняя проблема заключается в том, что анализ может быть искажен из-за ограничений того, что мы можем измерить. В настоящее время у нас нет анализов отдельных клеток для изучения посттранскрипционных и посттрансляционных модификаций, липидов, метаболитов или экзогенных молекул, таких как лекарства или хелатированные тяжелые металлы.Учитывая большое количество клеток, которые необходимо изучить для всестороннего представления о человеческом теле, аналитические методы, вероятно, будут склонны к более дешевым, высокопроизводительным методам с более низким пространственным разрешением, которые могут иметь более низкую чувствительность и специфичность и ограниченную динамику. спектр. Это может ограничить наше понимание низкоэкспрессивных, сильно модифицированных и множественных вариантов белков или нуклеиновых кислот и роли субклеточной локализации в определении состояния клетки. Моментальный снимок, наблюдательный характер сохраненных тканей также является ограничением для собираемой информации, и существует значительная потребность в функциональных анализах для расшифровки связи между функцией и молекулярным состоянием.

ПОСТРОЕНИЕ БИОМОЛЕКУЛЯРНОГО АТЛАСА ЧЕЛОВЕКА

Постгеномная революция в технологиях с высоким содержанием и высокой производительностью привела к сдвигу в научном подходе, в большей степени включающему подходы, основанные на открытиях, а также подходы, основанные на гипотезах. Быстрое распространение и итерация анализов секвенирования РНК одиночных клеток в сочетании с все более мощными вычислительными методами для характеристики и условного определения клеточных сетей подчеркивает, как потенциальное понимание может быть преобразовано с помощью подходов, основанных на открытиях.Появление пространственной транскриптомики (Lein et al. , 2017) и секвенирования in situ (Lee et al. , 2014) дополняет эти глубокие молекулярные профили пространственной информацией, обеспечивая беспрецедентное представление об организации ткани, клеточной гетерогенности в situ и соответствующей функциональной сложности. Хотя существуют серьезные проблемы для анализа метаболитов, липидов и всеобъемлющей, беспристрастной протеомики при клеточном разрешении, анализ одиночных клеток достиг точки, когда мы можем оценить сложность клеточной организации в ткани с высокой пропускной способностью, высоким содержанием и воспроизводимым образом и создавать пространственные карты высокого разрешения молекулярных профилей резидентных клеток и их внеклеточной среды, которые могут дать новое представление о том, как организация типов клеток и их состояние влияют на общую функцию и дисфункцию тканей.

Однако при переходе от образца ткани к полному человеческому телу возникает значительное препятствие, а также множество проблем при объединении данных в целостное представление. Создание всеобъемлющего биомолекулярного атласа потребует не только далеко идущих экспериментальных подходов, но и сложных вычислительных методов, интеграции существующих знаний, а также координации и сотрудничества между многими сообществами.

Текущие и новые проекты атласов

Анатомические атласы человеческого тела имеют долгую историю, насчитывающую более 500 лет.Прошло уже более 30 лет с тех пор, как Национальная медицинская библиотека начала проект «Видимый человек» (Ackerman, 2017), в рамках которого были созданы компьютерная томография с субмиллиметровым разрешением, магнитно-резонансная томография и фотографические изображения мужского и женского тела. Совсем недавно корейский и китайский проекты Visible Human Project расширили этот набор данных, включив в него дополнительные человеческие тела (Dai et al. , 2012). Эти проекты выявили некоторые проблемы, связанные с созданием атласа человеческого тела, в частности, то, что методы сохранения искажают ткань, преаналитическая обработка может разрушить структуры или создать неравномерные эффекты, что трудно предотвратить артефакты, связанные со сбором и сохранением ткани. что в крупномасштабных проектах трудно единообразно следовать стандартам, и что патологии можно выявить в тканях, которые считаются нормальными.С аналогичными проблемами столкнулась программа Common Fund Gene-Tissue Expression (GTEx) Национального института здравоохранения (NIH), которая началась в 2009 году и позволила картировать уровни экспрессии генов в более чем 50 типах тканей у более чем 500 доноров (Consortium, 2013). Этот богатый набор данных, основанный на массовых измерениях блоков тканей, показал, что локальные вариации влияют на экспрессию многих генов, и позволил выявить новые вариации, связанные с заболеванием, потенциальные мишени для лекарств и тканеспецифические наследственные нарушения.

Одновременно за последнее десятилетие быстрое развитие информационных технологий; разработка сложных контролируемых словарей, онтологий и семантики; а также инструменты для визуализации и моделирования многомасштабных, многомерных данных резко изменили наше понимание типов клеток. Ограничения обычно используемых номенклатур клеток стали особенно очевидными при уникальной идентификации функционально различных типов и состояний клеток. За последнее десятилетие появился ряд проектов, таких как CELLPEDIA (Hatano et al., 2011), CellFinder (Stachelcheid et al. , 2014) и LifeMap (Edgar et al. , 2013), которые использовали систематический, основанный на данных подход к идентификации и определению молекулярных характеристик клеток. Эти проекты выявили сложность интерпретации биомолекулярных данных для определения типа и состояния клеток, а также необходимость беспристрастного, высокопроизводительного биомолекулярного анализа как минимум миллионов клеток.

Идентификация клеток в иммунной системе развивалась наиболее быстро в этом отношении из-за простоты анализа жидкостей. Разработка проточной цитометрии с высоким содержанием и высокой пропускной способностью и усовершенствования, такие как CyTOF, в сочетании с инвестициями в совместные проекты, такие как Immunological Genome Project (Shay and Kang, 2013), привели к систематическому подходу к реконструкции регуляторных сетей генов, присутствующих в иммунные клетки и отношения между типами клеток и состоянием, основанные на многих факторах, включая происхождение и активацию. Работа в рамках этого проекта в основном была сосредоточена на мышах, хотя все чаще анализируются человеческие образцы, что приводит к более глубокому пониманию того, как болезни и методы лечения влияют на иммунную систему в целом.

Совместные проекты по биомолекулярному картированию клеток в твердых тканях и органах млекопитающих быстро расширяют наши знания. Консорциумы, такие как Проект молекулярной анатомии мочеполовой системы (Harding et al. , 2011) и LungMAP (Ardini-Poleske et al. , 2017), а также такие проекты, как Проект молекулярной анатомии слюнной железы (Musselmann et al. , 2011) разрабатывают молекулярные профили тканей различных систем млекопитающих, стадий жизни и патологий.Мозг долгое время был интересным органом, благодаря значительной работе Института наук о мозге Аллена, среди прочего, по сначала картированию анатомических характеристик мозга, а затем добавлению функциональной, морфологической и молекулярной информации для получения более подробного представления о клетке. присутствующие виды. Сеть переписи клеток Инициативы BRAIN (Ecker et al. , 2017), запущенная в 2017 году, направлена ​​на расширение этой работы для создания всестороннего справочника типов клеток, присутствующих в мозге человека, обезьяны и мыши, с использованием интегрированного и мультиплексного молекулярного анатомо-физиологический подход.

В дополнение к GTEx, за последнее десятилетие Консорциум функциональной аннотации генома млекопитающих (FANTOM) (Lizio et al. , 2017 г.) и проект Атлас белков человека (HPA) (Uhlen et al. , 2010 г. ) оба собирали все более обширный набор молекулярных данных из нескольких тканей человеческого тела, чтобы построить всестороннее представление о биомолекулярных вариациях, РНК в случае FANTOM и белках в случае HPA в различных областях тела, а также среди людей.Опираясь на работу этих консорциумов и проектов, в 2016 году массовое сообщество исследователей объединилось, чтобы сформировать Консорциум атласа клеток человека, целью которого является создание эталонных карт для всех клеток человека, при этом первый проект состоит из профилей экспрессии генов для ожидается, что в 2018 году будет выпущено не менее 30 миллионов клеток (Consortium, 2017). Чтобы дополнить эти подходы, NIH недавно запустил новый совместный проект, начавшийся в 2018 году, под названием «Программа биомолекулярного атласа человека» с целью стимулировать разработку открытой глобальной структуры для всестороннего картирования человеческого тела с клеточным разрешением (Национальные институты здравоохранения, 2018).Основное внимание в этой программе уделяется изучению богатого пространственного контекста клеток in situ и разработке технологий и методов, которые преодолевают необходимость удаления клеток из их сложной тканевой среды для анализа. Эта программа будет работать в сотрудничестве с другими программами для поддержки разработки стандартов сообщества для управления и анализа данных, которые позволяют выполнять перекрестный запрос данных из нескольких источников, новых технологий для увеличения пропускной способности и разнообразия биомолекул, которые могут быть картированы, и единого -карты разрешения клеток различных типов тканей.

Необходимость международной координации и сотрудничества

Несмотря на быстрый прогресс в разработке и проверке новых технологий, которые могут генерировать данные с высоким разрешением, высоким содержанием и высокой пропускной способностью, ни у одного отдельного проекта нет времени или ресурсов для составить карту всего тела человека. С появлением множества программ, работающих над различными аспектами человеческого тела, появилась своевременная возможность работать вместе и обмениваться ресурсами, методами, данными и знаниями, чтобы стимулировать дальнейшие научные открытия. Интегрируя опыт из нескольких областей в синергетический план исследований и преследуя миссию, направленную на удовлетворение общих потребностей, международное партнерство может привести к получению знаний, которых иначе не было бы.

Все чаще создаются международные консорциумы для содействия координации и сотрудничеству между национальными проектами, такие как Международный консорциум по эпигенетике человека (Stunnenberg et al. , 2016), Международный консорциум по фенотипированию мышей (Brown and Moore, 2012) и Международный консорциум генома рака (Zhang et al., 2011). Многие из этих консорциумов сосредоточены на создании среды для обмена данными, основанной на предоставлении всеми партнерами данных, доступных для всех. Создание такой среды требует обсуждения и решения многих вопросов, которые обычно не входят в компетенцию отдельных грантов, включая политику нескольких юрисдикций, этические и юридические вопросы; типы, форматы и стандарты данных и метаданных; создание и управление общими ресурсами для обеспечения равенства, удобства использования, целостности и безопасности; налаживание систематического и быстрого обмена информацией без значительных операционных издержек; и разработка механизмов для быстрого выпуска предоставленных данных, чтобы сделать их находимыми, доступными, совместимыми и пригодными для повторного использования исследовательским сообществом.

При налаживании международного сотрудничества в области картирования человеческого тела с клеточным разрешением необходимо решить несколько ключевых задач. С политической, этической и юридической стороны нам необходимо установить процессы получения согласия доноров, которые максимизируют повторное использование биообразцов и данных в исследовательских целях, соблюдая при этом конфиденциальность, право на анонимность и общий интерес к результатам исследований. Экспериментально нам необходимо установить протоколы для сведения к минимуму деградации ткани, полученной от донора и подготовленной для анализа, а также максимального использования ее для нескольких анализов.Анализы должны быть откалиброваны и проверены, чтобы полученные данные были достоверными и воспроизводимыми, и для этого, вероятно, потребуется совместное использование протоколов, проведение сравнительных исследований на нескольких площадках и обмен персоналом. Образцы тканей также должны быть собраны и исследованы с достаточным количеством информации, чтобы местоположение ориентации небольшого объема анализируемой ткани можно было поместить обратно в большой контекст человеческого тела с использованием общей системы координат и интегрированных онтологий. Эта система должна быть устойчивой к анализам с различным пространственным разрешением и по многим различным типам измерений, а также к вариациям анатомии.Интеграция многомерной пространственной и молекулярной информации для анализа является сложной задачей, которая также потребует международного сотрудничества и гибкости. Объем данных и ресурсы, необходимые для их анализа, визуализации и моделирования, а также для обеспечения гибкого и устойчивого доступа, также будут серьезной проблемой для любого международного сотрудничества.

Возможно, нет конца информации, которая может быть добавлена ​​в атлас человека по мере разработки новых тестов и улучшения чувствительности и разрешения; так что же сделало бы успешный атлас? Одной из первых целей программ переписи клеток является обеспечение более глубоких и надежных биомолекулярных описаний обычно определяемых типов клеток.Одним из практических результатов этой цели может быть более строгая проверка и описание типов и состояний клеток в рецензируемой литературе. Атлас, определяющий, как идентифицировать и где найти эти клетки в организме человека, может стать ориентиром для исследователей, собирающих первичные клетки человека или оценивающих больные или дисфункциональные ткани. Помимо этой связи с существующими типами клеток, другая цель состоит в том, чтобы завершить атлас, который методично и надежно идентифицирует и описывает в иерархической таксономии все клетки человеческого происхождения.Одним из практических результатов этой цели будет определение молекулярных характеристик клеток, которые играют активную роль в клеточных цепях, и установление связи между присутствием и количественным определением конкретных типов клеток или биомолекул и неспецифическими, неразрушающими измерениями в клинической визуализации, которые можно использовать. в диагностических целях. Как и в случае проектов секвенирования, черновой атлас может включать в себя выпуски, определяющие типы клеток в определенных органах, и использование подмножества биомолекул, например, на основе транскриптомов, которые расширяются и уточняются в последующих выпусках. Выходя за рамки пространственной информации и типа клеток, третьей целью в будущем может стать создание справочного атласа, отображающего изменения с течением времени, связывающего воедино линии клеток на протяжении всей жизни, а также фиксирующего детали того, как циклическая хронобиология влияет на различные клетки и ткани. . Дополнением к этим стандартным эталонным атласам будут атласы, описывающие и картирующие заболевания и дисфункциональные ткани и связанные с ними биомолекулярные состояния. В конечном счете, успех любого атласа зависит от того, находит ли сообщество ценность в содержащейся в нем информации, поддерживает и уточняет ли ее, использует ли ее для новых открытий или совершенствует существующие процессы.

Настал важный и подходящий момент для текущих и новых проектов, чтобы работать вместе над созданием структуры, которая приведет к интегрированному анализу данных от нескольких участников. Современные технологии ограничивают любой отдельный проект исследованием значительно менее 1% клеток человеческого тела на любой значительной молекулярной глубине; тем не менее, работая вместе в течение следующего десятилетия, можно создать основу для реализации проекта того, как выглядит человеческое тело на уровне отдельных клеток.

Сколько клеток в вашем теле?

Простой вопрос требует простого ответа. Сколько клеток в вашем теле?

К сожалению, ваши ячейки не умеют заполнять переписные листы, поэтому сами вам сказать не могут. И хотя достаточно просто посмотреть в микроскоп и подсчитать определенные типы клеток, этот метод также непрактичен. Некоторые типы клеток легко обнаружить, в то время как другие, такие как запутанные нейроны, уходят в неизвестность. Даже если бы вы могли считать десять клеток каждую секунду, вам потребовались бы десятки тысяч лет, чтобы закончить подсчет.Кроме того, на пути к подсчету всех клеток в вашем теле возникнут определенные проблемы с логистикой — например, если вы разрежете свое тело на крошечные кусочки для микроскопического просмотра.

На данный момент лучшее, на что мы можем надеяться, — это исследование, опубликованное недавно в Annals of Human Biology и озаглавленное с удивительной ясностью «Оценка числа клеток в человеческом теле».

Авторы — группа ученых из Италии, Греции и Испании — признают, что едва ли они первые, кто занялся этим вопросом. Они просмотрели научные журналы и книги за последние пару столетий и нашли много оценок. Но эти оценки охватывают огромный диапазон, от 5 миллиардов до 200 миллионов триллионов клеток. И практически никто из ученых, предложивших эти цифры, не объяснил, как они их получили. Ясно, что эта тема созрела для исследования.

Если ученые не могут сосчитать все клетки человеческого тела, как они могут это оценить? Средний вес клетки составляет 1 нанограмм.Для взрослого мужчины весом 70 килограммов простая арифметика привела бы нас к выводу, что у этого человека 70 триллионов клеток.

С другой стороны, этот расчет также можно выполнить на основе объема ячеек. Средний объем клетки млекопитающего оценивается в 4 миллиардные доли кубического сантиметра. (Чтобы получить представление об этом размере, посмотрите «Масштаб Вселенной».) Основываясь на типичном объеме взрослого мужчины, вы можете заключить, что человеческое тело содержит 15 триллионов клеток.

Таким образом, если вы выберете объем или вес, вы получите совершенно разные числа. Что еще хуже, наши тела не заполнены клетками одинаково, как банка, полная мармеладок. Клетки бывают разных размеров, и они растут с разной плотностью. Посмотрите, например, на стакан крови, и вы обнаружите, что эритроциты плотно упакованы. Если бы вы использовали их плотность для оценки клеток в человеческом теле, вы бы пришли к ошеломляющим 724 триллионам клеток. Клетки кожи, с другой стороны, настолько редки, что можно дать вам ничтожную оценку в 35 миллиардов клеток.

Итак, автор новой статьи решил оценить количество клеток в организме трудным путем, разбив его по органам и типам клеток.(Они не пытались подсчитать все микробы, которые также называют наше тело своим домом, а придерживались только человеческих клеток.) ​​Они изучили научную литературу в поисках подробностей об объеме и плотности клеток в желчном пузыре, коленных суставах, кишечнике, костях костный мозг и многие другие ткани. Затем они подсчитали общее количество клеток каждого типа. По их оценкам, например, у нас 50 миллиардов жировых клеток и 2 миллиарда клеток сердечной мышцы.

Сложив все их числа, ученые получили … барабанную дробь … 37.2 триллиона клеток.

Это не окончательный номер, но это очень хорошее начало. Хотя люди действительно могут различаться по размеру и, следовательно, по количеству клеток, взрослые люди не отличаются на порядки, за исключением фильмов. Ученые с большой уверенностью заявляют, что общепринятая оценка триллиона клеток в организме человека неверна. Но они рассматривают свою оценку как возможность для сотрудничества — возможно, через онлайн-базу данных, собранную многими экспертами по разным частям тела, — чтобы получить более точную оценку.

Любопытства достаточно, чтобы задуматься о том, сколько клеток содержит человеческое тело, но точное определение числа может иметь и научные преимущества. Ученые изучают человеческое тело, создавая сложные компьютерные модели легких, сердца и других органов. Если в этих моделях клеток в десять раз больше, чем в реальных органах, их результаты могут сильно отклоняться от нормы.

Количество клеток в органе также влияет на некоторые заболевания. Авторы нового исследования обнаружили, что в здоровой печени, например, 240 миллиардов клеток, но некоторые исследования цирроза показали, что в больном органе их всего 172 миллиарда.

Пожалуй, самое главное, поразителен сам факт того, что около 34 триллионов клеток могут кооперироваться десятилетиями, порождая единое человеческое тело вместо хаотической войны эгоистичных микробов. Эволюция даже базового уровня многоклеточности достаточно примечательна. Но наши предки вышли далеко за рамки простой губчатой ​​анатомии, создав обширный коллектив, состоящий из множества различных типов. Чтобы понять этот коллектив на глубоком уровне, нам нужно знать, насколько он велик на самом деле.

Виды относятся к экосистемам так же, как клетки относятся к человеческому телу, согласно математической модели — ScienceDaily

Экосистема подобна большому организму в том смысле, что виды в ней ведут себя так же, как клетки ведут себя внутри человеческое тело: группа образует постоянную сущность, хотя формирующие ее сущности постоянно заменяются. Это вывод, который можно сделать из теоретического исследования, проведенного исследователями Мадридского университета имени Карлоса III (UC3M — Университет Карлоса III в Мадриде).

Эти ученые разработали математическую модель, воссоздающую поведение экосистемы, чтобы наблюдать за ее динамикой и реакциями в различных ситуациях. И они обнаружили, что экосистема достигает состояния, в котором она остается более или менее неизменной, несмотря на то, что виды, составляющие ее, постоянно заменяются другими, вплоть до полного изменения. подобно изменению, происходящему внутри человеческого организма.«Короче говоря, виды меняются, а структура — нет», — комментирует профессор Хосе А. Куэста, один из авторов исследования, вместе с Хосе А. Капитаном. Оба являются членами математического факультета UC3M. Хорди Баскомпте из Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC — Испанский национальный исследовательский совет) — третий автор исследования, которое недавно было опубликовано в журнале Journal of Theoretical Biology.

Авторы отмечают, что с этой точки зрения можно утверждать, что многоклеточные существа также являются экосистемами.То есть мы образованы разными типами клеток, которые сотрудничают и конкурируют за ресурсы; мы заселены различными видами бактерий (в кишечнике, на коже и т. д.), активность которых связана с другими процессами в нашем организме: нас заражают вирусы, которые могут быть вредными или могут участвовать в процессах, регулирующих нашу ДНК. «Эти существа постоянно изменяются таким образом, что по прошествии достаточно долгого времени все сущности, образующие нас, заменяются один или несколько раз.Тем не менее, на протяжении всего процесса мы продолжаем оставаться собой. То же самое происходит и с экосистемами», — объясняет профессор Куэста.

Наиболее важным следствием этого открытия является то, что оно заставляет нас смотреть на экосистемы в ином свете, как на автономные объекты, а не как на наборы видов. «Мы одержимы сохранением видов, но гораздо важнее сохранить экосистемы», — отмечают эти ученые. С этой точки зрения, например, иногда может быть полезно заменить вымирающий вид другим — с аналогичным взаимодействием с другими видами в экосистемах — так, чтобы экосистема не находилась под угрозой, потому что тогда мы потеряли бы один вид. видов, но мы спасли бы экосистему.

В области эволюции, когда используется термин «экосистема», всегда проводится различие между видами и окружающей средой. Первый развивается, чтобы приспособиться ко второму, и меняется вместе с окружающей средой. В свете этой дихотомии существует тенденция думать о видах и окружающей среде как об отдельных объектах. Однако экосистемы демонстрируют, что сами виды составляют наиболее важную часть окружающей среды или экосистемы. «Виды взаимодействуют: поедают друг друга, дерутся за территорию…. и это приводит к тому, что присутствие или отсутствие определенных видов является наиболее влиятельным фактором в выживании других видов, — комментирует исследователь. — Это свойство, которым обладают виды, позволяет им создавать свою собственную среду и формировать экосистему, — это аспект, который нас больше всего интересовал, когда мы подошли к этому исследованию», — комментирует Хосе А. Куэста, который также является частью Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (Междисциплинарная группа сложных систем) в UC3M.

Математическая модель, созданная этими исследователями, позволяет им наблюдать за экосистемами в течение длительных периодов времени, а также во время их формирования, что позволяет им формировать и другие гипотезы.Они видели, например, что экосистема формируется по мере того, как в нее вторгаются новые виды, но есть точка, в которой экосистема становится устойчивой и больше не допускает дальнейших дополнений к своей структуре, хотя и допускает обмен элементами. . Еще одним доказательством, которое они доказали, является эффект «крупного хищника», который наблюдался в реальных экосистемах. Этот эффект возникает, когда исчезновение крупного хищника, поедающего множество видов, приводит к последующему исчезновению видов, на которые хищник ранее охотился.Причина в том, что хищник действовал как регулятор популяции жертвы. Следовательно, когда хищника больше нет, популяция жертвы растет до такой степени, что истощает ее ресурсы, что также приводит к ее вымиранию.

Создание математической модели при изучении Природы дает несколько преимуществ. Во-первых, временной масштаб эволюции экосистемы может быть огромным, и для этого потребуется собирать данные в течение столетий и даже тысячелетий, что было бы нецелесообразно.Во-вторых, эмпирический анализ экосистем чрезвычайно сложен, потому что он требует наблюдения за всеми вовлеченными видами в течение длительных периодов времени, наличия достаточного количества наблюдений за хищниками и жертвами, чтобы можно было сделать вывод о надежных связях пищевой цепи и параметрах конкуренции между видами. можно оценить… Кроме того, в течение всего периода наблюдения за экосистемой она может подвергаться сезонным или климатическим изменениям, которые могут влиять на все эти взаимосвязи.«Математические модели оказываются очень полезными для того, чтобы сосредоточиться на типе данных, которые необходимо собрать для проверки гипотез. Фактически, математическая экология имеет давние традиции в этой дисциплине, и сами экологи делают очень интересные вещи, применяя математические методы, которые были разработаны для использования с другими явлениями», — уверяет профессор Хосе Куэста.

Выявлено: загрязнение воздуха может повредить «каждый орган в организме» | Окружающая среда

«Врачи должны высказаться»

Шрауфнагель обеспокоен тем, что многие врачи не знают об этом обширном ущербе, связанном с загрязнением воздуха.

«Некоторые понятия не имеют, что загрязнение воздуха влияет на органы, на которых они специализируются. Но оно влияет и на их органы, и им лучше обратить на это внимание», — сказал он. «Им нужно обучать своих пациентов, а затем они должны высказываться» в пользу действий.

Исследователи не могут проводить эксперименты на людях, поэтому по необходимости многие исследования показывают значительную связь между плохим качеством воздуха и болезнями, но не могут доказать причинно-следственную связь.

Однако, по словам Шрауфнагеля, особенно убедительные доказательства получены из трех типов исследований: где загрязнение воздуха и болезни изменяются в тандеме с течением времени, где «доза» загрязнения коррелирует с уровнями болезни, а также в исследованиях на животных.

Например, меры правительства по сокращению загрязнения окружающей среды перед Олимпийскими играми в Пекине в 2008 году привели к увеличению веса при рождении в городе.

«Вредные последствия возникают даже при уровнях ниже стандартов качества воздуха, ранее считавшихся безопасными», — предупреждают в обзоре ученые, представляющие каждый континент. Но они добавляют: «Хорошая новость заключается в том, что проблему загрязнения воздуха можно решить».

«Лучший способ уменьшить воздействие — контролировать его источник», — сказал Шрауфнагель.Большая часть загрязнения воздуха происходит в результате сжигания ископаемого топлива для производства электроэнергии, отопления домов и транспорта.

«Нам нужно серьезно поработать над этими факторами, — сказала Нейра. «Возможно, мы первое поколение в истории, подвергшееся воздействию такого высокого уровня загрязнения. Люди скажут, что в Лондоне или других местах 100 лет назад было хуже, а сейчас речь идет о невероятном количестве людей, подвергшихся длительному облучению».

«У нас есть мегаполисы, где все жители дышат ядовитым воздухом, — сказала она.«Однако со всеми тоннами доказательств, которые мы сейчас собираем, политики не смогут сказать, что мы не знали».

• Что вы и ваше правительство можете сделать с загрязнением воздуха

• Загрязнение воздуха: все, что вам следует знать о чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения

• Поддержка читателей защищает редакционную независимость The Guardian и означает, что мы можем сделать нашу журналистику открытой для всех. Поддержите The Guardian →

Эта карта поможет биологам узнать новые подробности о человеческом теле.

Прищури глаза так, чтобы они были почти закрыты.Теперь держите их такими, как вы смотрите на мир. Вы не можете видеть его красоту в деталях. Листья на деревьях, созвездия в ночном небе, слова на этом экране — все размыто.

В некотором смысле биологи провели последнее столетие, «косясь» на человеческие клетки, наблюдая за их размером, формой, структурой и основными функциями, но упуская из виду важные детали их молекулярной идентичности. Пришло время полностью открыть глаза. Международный проект под названием «Атлас клеток человека», сопредседателем которого мы являемся, призван помочь в этом.В всеобъемлющем атласе всех типов клеток человека будут определены все клетки человеческого тела на основе молекул, которые они производят. В четверг в Стокгольме около 200 ученых и сотрудников со всего мира собираются на третью встречу для координации этих глобальных усилий.

показало нам, как гены варьируются от человека к человеку и как эти варианты связаны с болезнями. Секвенирование РНК показало, где в организме наиболее активны различные гены. Но мы в основном применяли эти два метода к тканям, которые мы перемешивали перед секвенированием, теряя при этом многие из определяющих характеристик отдельных клеток.

реклама

В последние несколько лет появились новые методы профилирования отдельных ячеек, но они еще не применялись комплексно и с высокой пропускной способностью. В результате мы едва начали идентифицировать все виды клеток в человеческом теле, а нам еще предстоит описать сотни таких клеток.

Связанный:

По мере того, как карты мозга множатся, ученые стремятся их синхронизировать

Это проблема не только биологов.Это должно иметь значение для всех. Без глубокого понимания того, что представляют собой наши клетки и как они организуются, чтобы поддерживать наше здоровье, мы не можем понять, как они выходят из строя при болезни. Неудивительно, что два из трех препаратов терпят неудачу при испытаниях на людях — мы не понимаем, на какие клетки воздействуют лекарства.

реклама

Прошлой осенью мы с группой коллег запустили международный консорциум Human Cell Atlas. Он создаст своего рода «Google Карты» человеческого тела: вместо географических объектов, таких как континенты, страны, города, улицы и дома, эта карта человеческого тела будет увеличивать молекулярные и организационные особенности органов, тканей. , и клетки.

Три прорыва позволили реализовать столь амбициозную цель: изобретение технологий создания молекулярных профилей отдельных клеток; разработка машинного обучения и связанных с ним методов анализа огромных наборов данных; и рост совместной науки между странами и дисциплинами.

Методы измерения генома отдельных клеток теперь позволяют нам заглянуть внутрь отдельных клеток и собрать информацию о том, что говорит их ДНК, как она упакована, что она производит и как эти изменения меняются по мере того, как клетки реагируют на изменения в своей среде.Эти измерения теперь могут быть быстро выполнены в тысячах ячеек одновременно при удивительно низких затратах на ячейку. Новые технологии позволят нам даже измерять клетки, когда они встроены в свои родные ткани.

Количество информации, полученной с помощью этих методов, огромно; осмысление этого является столь же огромной проблемой. К счастью, мы живем в эпоху больших данных, и теперь методы машинного обучения можно применять к биологической информации. Для их использования консорциум Human Cell Atlas планирует создать облачную платформу с открытым исходным кодом, которая позволит ученым всего мира загружать информацию, проводить совместный анализ и сравнивать клетки многих типов, чтобы получить представление о здоровье и болезнь. На встрече в Стокгольме Инициатива Чана Цукерберга объявила, что будет финансировать разработку этой платформы для координации данных и сотрудничать с тремя учреждениями-партнерами Атласа клеток человека, чтобы воплотить ее в жизнь.

Проект такого масштаба требует глобальных усилий. Благодаря проекту «Геном человека», положившему начало эре тесного сотрудничества в области биологии, большинство ученых больше не хотят работать в одиночку — и не могут, если хотят достичь своих целей! Около 500 ученых из примерно 20 стран уже участвуют в проекте «Атлас клеток человека», участвуют во встречах, онлайн-дискуссиях и совместном планировании проектов.Мы ожидаем (и призываем) других присоединиться к нам.

Консорциум запустил пилотные проекты по созданию исчерпывающих клеточных карт клеток иммунной системы, мозга и нервной системы, кожи и различных типов опухолей. Ранняя работа уже дает важные результаты. Например, недавнее исследование геномики одной клетки иммунной системы привело к неожиданной переклассификации известных иммунных клеток и открытию новых, что повлияло на способ разработки иммунотерапии рака.

Начиная с Древней Греции, первые анатомы, часто работая тайно, создавали карты человеческого тела, показывающие физические, а иногда и физиологические отношения между органами и тканями. Проект Human Cell Atlas, работающий полностью на виду у общественности, призван открыть новую эру анатомии человека с высоким разрешением, которая сможет интерпретировать наше растущее богатство геномных данных, рассматривать биологию человека напрямую (а не через призму клеточных культуре) и расшифровать регуляторные коды, которые отличают один тип клеток от другого, позволить им взаимодействовать друг с другом и сохранять свою идентичность.Атлас клеток человека также вдохновит нас на разработку новых лекарств, позволит нам более разумно использовать существующие лекарства и улучшить диагностику заболеваний.

Совместная работа над достижением этой амбициозной цели станет увлекательным путешествием для международного научного сообщества в течение следующего десятилетия.

Мы не ожидаем, что Атлас клеток человека «решит» всю биологию — в науке каждый вывод вызывает больше вопросов. Однако мы ожидаем, что это изменит области и принесет пользу ученым и врачам во всем мире.

Авив Регев, доктор философии, профессор биологии Массачусетского технологического института, директор Клармановской клеточной обсерватории и заведующий кафедрой Института Броуда в Кембридже, штат Массачусетс; она также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. Регев является членом научных консультативных советов ThermoFisher Scientific, Driver Group и Syros Pharmaceuticals, а также зарегистрированным изобретателем некоторых опубликованных методов геномики отдельных клеток. Сара Тейхманн, доктор философии, глава отдела клеточной генетики в Wellcome Trust Sanger Institute, директор по исследованиям в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и руководитель приглашенной исследовательской группы в Европейском институте биоинформатики, все в Соединенном Королевстве. Вместе они являются сопредседателями международного консорциума Human Cell Atlas .

Эпителиальные клетки человека и последние исследования

Эпителиальные клетки покрывают внешнюю поверхность тела и выстилают внутренние органы. Они подразделяются на три типа: плоскоклеточные, столбчатые и кубовидные. Один слой эпителиальных клеток определяется как простой эпителий, а два или более слоев эпителиальных клеток определяются как многослойный эпителий. Эпителиальные клетки поддерживаются основной базальной мембраной и контактируют друг с другом через белковые комплексы, известные как плотные контакты.

Эпителиальные клетки встречаются по всему телу, включая желудочно-кишечный тракт, кожу и дыхательные пути. Эпителиальные клетки в желудочно-кишечном тракте выполняют пищеварительную и всасывательную функции, защищая орган от попавших в него возбудителей. На внешней поверхности тела эпителиальные клетки кожи защищают весь организм от внешней среды. В частности, респираторный эпителий выполняет защитную функцию, обеспечивая барьер между интернализированным воздухом и внутренней средой. Респираторный эпителий также выделяет слизь, которая покрывает дыхательные пути, обеспечивая дополнительную защиту от патогенов, которые могут попасть в дыхательные пути.

  Последние исследования с использованием эпителиальных клеток Lifeline®

Рак легкого является самым смертоносным видом рака у человека, от которого в 2015 году погибло около 158 000 человек. Таргетная терапия против рецептора тирозинкиназы (RTK), рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), дает некоторую клиническую пользу, но у пациентов часто развивается резистентность к ингибиторам EGFR из-за вторичные мутации EGFR или амплификация MET, другой RTK.В своем исследовании 2013 г. Byun et al. намеревались выяснить, может ли USP8, деубиквитинирующий белок, быть терапевтической мишенью при немелкоклеточном раке легкого (НМРЛ). Они обнаружили, что нокдаун или ингибирование USP8 снижает жизнеспособность и пролиферацию клеток NSCLC. Они определили, что ингибирование USP8 увеличивает ассоциацию EGFR с убиквитином и снижает общий уровень EGFR. Наконец, исследователи продемонстрировали, что ингибитор USP8 снижает рост ксенотрансплантата опухоли NSCLC. Они использовали человеческие бронхиальные/трахеальные эпителиальные клетки Lifeline® в качестве обычных контролей и обнаружили, что нокдаун или ингибирование USP8 не влияли на жизнеспособность клеток, что свидетельствует о том, что этот терапевтический вариант является селективным только для раковых клеток.В целом их исследование предполагает, что USP8 действительно может быть терапевтической мишенью как при резистентном, так и при чувствительном к ингибиторам EGFR НМРЛ.

Lifeline® предлагает несколько типов эпителиальных клеток и соответствующие питательные среды:

Для исследований с использованием других типов эпителиальных клеток Lifeline®, которые обсуждались в предыдущих сообщениях блога, см. следующие исследования:

Эпителиальные клетки простаты:

Фактор транскрипции домена ETS ELK1 направляет критический компонент передачи сигналов роста рецептором андрогена в клетках рака предстательной железы. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23426362

Эпителиальные клетки мочевого пузыря:

CLT1 воздействует на рак мочевого пузыря с помощью Integrin a 5 b 1 и CLIC3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23204394

Клетки почечного эпителия:

Энглерин А избирательно индуцирует некроз клеток рака почки человека. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23144724

Эпителиальные клетки молочной железы:

Блокирование образования радиационно-индуцированных стволовых клеток рака молочной железы. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25003837

Расскажите нам, как вы используете наши эпителиальные клетки, и ваше исследование может быть представлено в нашем блоге!

Водная среда – обзор

6.30.1.1.1 Формирование биопленки

В водной среде на инертную опорную поверхность, называемую субстратом, немедленно воздействуют растворенные органические макромолекулы, которые быстро адсорбируются из жидкой фазы. Бактериальные клетки в жидкости контактируют с субстратом с помощью различных транспортных механизмов.Оказавшись на субстрате, клетки могут адсорбироваться обратимо или необратимо. При условии, что они проводят достаточно времени на границе раздела, прикрепившиеся клетки выделяют внеклеточные полимеры, которые служат для прочного прикрепления клеток к субстрату. Субстраты (например, источники кислорода, углерода и азота) переносятся в биопленку и внутри нее. Прикрепленные клетки метаболизируют преобладающие энергетические и углеродные субстраты, потребляют акцепторы электронов, растут, размножаются и продуцируют более нерастворимые внеклеточные полимеры, преимущественно полисахариды, таким образом накапливая жизнеспособное биопленочное сообщество.На биопленку продолжают осаждаться инертные частицы и клетки того же или разных видов. Происходит эндогенный распад клеток, криптический рост и лизис. В результате гидродинамических сил и напряжений, возникающих при репликации, может происходить непрерывная эрозия клеток и внеклеточного материала с поверхности биопленки в окружающую жидкую фазу. Более случайный, стохастический процесс, известный как шелушение, имеет место, когда либо большие участки, либо вся биопленка отделяются от субстрата и переходят в жидкую фазу [4, 5].

Прикрепление микроорганизмов к поверхностям и последующее развитие биопленки — очень сложные процессы, на которые влияет несколько переменных. Как правило, прилипание будет происходить легче всего на более шероховатых, более гидрофобных поверхностях, покрытых пленками для кондиционирования поверхности. Свойства клеточной поверхности, особенно наличие внеклеточных придатков, взаимодействия, участвующие в межклеточных коммуникациях, и продукция ЭПС важны для формирования и развития биопленок.Увеличение скорости потока или концентрации питательных веществ также может приравниваться к усилению привязанности, если эти факторы не превышают критических уровней [4].

Субстраты должны пересечь границу раздела биопленка-жидкость и пройти через биопленку, чтобы достичь микробных клеток и быть потребленными. Этот способ транспортировки обычно является диффузионным и приводит к градиенту концентрации внутри агрегата. В биопленках глубина проникновения субстрата зависит главным образом от пористости биопленки, концентрации субстрата в объеме жидкости, массопереноса на границе раздела биопленка-жидкость и скорости реакции в биопленке.Для плохо растворимых субстратов (например, кислорода) глубина проникновения невелика (обычно 100–150 мкм для кислорода) [3]. Таким образом, в отличие от обработки активным илом, присоединенные ростовые процессы часто ограничены диффузией, в то время как кинетика процесса активного ила определяется объемными концентрациями жидкости [2].

Из-за диффузионных градиентов концентрации субстрата внутри биопленки также существует градиент скорости роста. В многовидовых системах это приведет к биопленке со слоистой структурой, где организмы с самой высокой скоростью роста будут обнаружены вне биопленки, а более медленно растущие организмы будут обнаружены внутри.