Исследователи создают первый интегрированный одноклеточный атлас легких человека

Создана самая большая и полная карта клеток легких человека. Природная медицина сегодня (8 июня). Раскрывая большое разнообразие типов клеток в легких и ключевые различия между здоровьем и болезнью, Атлас клеток легких человека станет ценным ресурсом для исследователей легких.

Объединив данные почти 40 исследований, исследователи создали первый интегрированный одноклеточный атлас легких, выявив редкие типы клеток и подчеркнув клеточные различия между здоровыми людьми. Кроме того, исследование обнаружило общие состояния клеток между фиброзом легких, раком и COVID-19, предлагая новые способы понимания болезни легких, которые могут помочь определить новые терапевтические мишени.

Исследование является частью глобальной инициативы Human Cell Atlas (HCA) по составлению карты каждого типа клеток в организме человека, чтобы изменить наше понимание здоровья, инфекций и болезней.

Исследования легких значительно выиграли от недавних исследований отдельных клеток, которые показали, какие гены активны в каждой клетке. Несмотря на это, исследование до сих пор было ограничено количеством образцов и лиц, включенных в исследование. Чтобы лучше понять здоровые легкие и определить, что идет не так при заболевании, необходим всеобъемлющий атлас, однако сделать это было трудно.

Теперь большая группа исследователей успешно объединила 49 наборов данных о легких из почти 40 отдельных исследований в единый интегрированный атлас, используя передовое машинное обучение. Путем объединения и интеграции наборов данных из всех крупных исследований легких по секвенированию одноклеточных РНК, опубликованных на сегодняшний день, команда создала первый интегрированный атлас клеток легких человека. Этот атлас охватывает более 2,4 миллиона клеток 486 человек и дает новое представление о биологии легких, которое раньше было невозможно.

Для комплексного атласа органов требуется множество наборов данных, чтобы отразить разнообразие как клеток, так и отдельных людей, но объединение разных наборов данных является огромной проблемой. Мы разработали конвейер сравнительного анализа, чтобы найти оптимальный метод интеграции всех наборов данных в Атлас с использованием искусственного интеллекта и успешно объединили знания и данные почти 40 предыдущих исследований легких».

Д-р Malte Luecken, старший автор статьи, руководитель группы, Институт вычислительной биологии и Институт здоровья и иммунитета легких, Гельмгольц, Мюнхен, Германия

Мы создали первый эталонный атлас легких человека, который включает данные более чем сотни здоровых людей и показывает, как клетки у людей меняются в зависимости от возраста, пола и стажа курения. Огромное количество вовлеченных клеток и отдельных людей теперь дает возможность увидеть редкие типы клеток и определить новые состояния клеток, которые ранее не были описаны».

Профессор Фабиан Тейс, старший автор статьи, директор Института вычислительной биологии, Гельмгольц, Мюнхен

Хотя основу Атласа клеток легких человека составляют данные о здоровых легких, команда также взяла наборы данных о более чем 10 различных заболеваниях легких и спроецировала их на здоровые данные, чтобы понять болезненные состояния.

Команда обнаружила, что различные заболевания легких имеют общие состояния иммунных клеток, в том числе обнаружение того, что подмножество макрофагов (тип иммунных клеток) имеет схожую генную активность при фиброзе легких, раке и COVID-19. Общие состояния указывают на то, что эти клетки могут играть одинаковую роль в формировании рубцов в легких при всех трех заболеваниях, и указывают на потенциальные терапевтические мишени.

Это первая попытка комплексно сравнить здоровые и больные легкие в одном исследовании. Наше исследование не только подтверждает наличие фиброза легких при COVID-19, оно позволяет нам выявить и определить общее состояние клеток между фиброзом легких, COVID-19 и больные раком легких. Обнаружение этих общих клеток, связанных с заболеванием, действительно захватывает и открывает совершенно иной взгляд на заболевания легких, открывая возможности для новых целей лечения и разработки биомаркеров ответа на лечение. Наши результаты также показывают, что методы лечения одного заболевания могут помочь облегчить другие».

Мартин Навийн, старший автор статьи, профессор Университетского медицинского центра Гронингена, Нидерланды

Проект интеграции атласа легких был международным совместным усилием почти 100 партнеров из более чем 60 отделов, в том числе ведущих исследователей из Гельмгольца в Мюнхене, Медицинского центра Университета Гронингена и Северо-Западного университета. Команда является частью биологической сети легких атласа клеток человека, которая уходит своими корнями в исходные сети Инициативы Чана Цукерберга для Атласа клеток человека и финансируемой Европейским Союзом сети легких DiscovAIR. В начале пандемии COVID-19 в 2020 году сообщества одноклеточных легких быстро объединились, сформировав биологическую сеть легких HCA, чтобы помочь понять COVID-19, что затем привело к глобальным усилиям по интеграции всех данных.

Одной из больших проблем при создании интегрированного атласа клеток легких была аннотация типов клеток. Разные исследовательские группы использовали разные названия для одного и того же типа клеток или одно и то же имя для разных клеток, поэтому мы всей командой работали над их стандартизацией, используя данные атласа. Атлас — это первый шаг к единой аннотации человеческого легкого, которая поможет объединить область исследований легких».

Лиза Сиккема, первый автор статьи, аспирант, Институт вычислительной биологии, Гельмгольц, Мюнхен

Первый интегрированный крупный орган в рамках инициативы «Атлас клеток человека», Атлас клеток легких человека общедоступен для исследователей во всем мире в качестве центрального ресурса для изучения легких в норме и при патологии.

Атлас клеток легких человека — огромный ресурс для научного и медицинского сообщества. Открыто доступные для исследователей, новые данные о заболеваниях могут быть отображены на HLCA, преобразуя исследования в области биологии легких и болезней. Будучи первым полным справочным атласом основного органа, HLCA также представляет собой веху на пути к созданию полного Атласа клеток человека, который изменит наше понимание биологии и болезней и заложит основу для новой эры здравоохранения».

Д-р Александр Мишарин, старший автор статьи, доцент, Медицинская школа Файнберга, Северо-Западный университет, США