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新华网:太强了!这“照相”技术

2024.04.22 内容来源:新华网

4月19日,新华网对华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq进行了报道。让我们一起跟随报道,解锁这个超广角百亿像素“生命照相机”,未来将如何造福人类健康。


这是一只小鼠的脑组织。

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固定在OCT包埋剂中的小鼠大脑组织(新华社记者丁静摄)



北京华大生命科学研究院实验技术骨干李猛,正在用一台原理类似“羊肉切片机”的设备,把制备好的实验样本切成10微米的薄片。

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薄片刚好是一个细胞平均直径的厚度,相当于头发丝直径的约1/10。


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李猛正在做准备工作(新华社记者丁静摄)



反复试验后,一个合格的小鼠脑组织呈现在显微镜下。

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李猛在显微镜下观察小鼠大脑组织(新华社记者丁静摄)


而这一切只是开始,更为复杂的工作即将展开:给生命“照相”。

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北京华大生命科学研究院执行院长邓子卿展示测序芯片(新华社记者丁静摄)



“超广角百亿像素生命照相机”

切片是为了进行小鼠大脑的时空转录组研究,小鼠和人的基因组相似度近90%,通过研究小鼠脑细胞基因表达的时空规律,可以给人脑发育和疾病等研究提供新思路。


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华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq,在1平方厘米的芯片上有4亿个“探针”来捕获分子信息,可实现500纳米“分辨率”,达到最大13厘米x13厘米的超大视野,就像一部“全景相机”,照出生命的奥秘。这一技术被人们形象地称为“超广角百亿像素生命照相机”。


登上《细胞》杂志(Cell)封面的小鼠胚胎发育时空图谱

基于这一技术,2022年5月华大生命科学研究院绘制了全球首个小鼠胚胎发育高精度时空图谱。



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小鼠胚胎第9.5-16.5天时空图谱



这个图谱可以帮助人类更好地认识出生缺陷。华大免费公开了研究数据,并与全世界科学家一起探讨出生缺陷的解决办法。


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小鼠胚胎发育时空图谱登上Cell封面



登上《科学》杂志(Science)封面的高分辨率蝾螈脑再生时空图谱

人类大脑在受伤之后很难自行恢复,但蝾螈却可以。研究蝾螈脑再生的启动机制或将为人类神经系统损伤或退行性疾病的修复提供指导。

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蝾螈端脑再生时空图谱


2022年9月,华大生命科学研究院联合其他机构共同完成了全球首个高分辨率蝾螈脑再生时空图谱。

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全球首个高分辨率蝾螈脑再生时空图谱登上Science封面


动脉硬化的未来疗法?

如果你家里有动脉硬化患者,你有没有好奇过,为啥男人、女人,200斤和80斤的人吃的都是同一种药?甚至用同样的剂量?为什么?因为动脉硬化相关疾病治疗的难度,与攻克癌症的难度差不多,几十年没有新药面世,大家都用他汀降脂药。传统对动脉硬化斑块的研究停留在粗放的染色方式,限制了对致病因素和发展演化规律的深入研究,新的药物靶点的开发也就无从下手,这种情况有望改变。


最近,北京协和医院刘暴主任医师、来志超副主任医师团队与北京华大生命科学研究院合作,利用空间组学的方法在单细胞水平上成功解析了动脉硬化斑块中的一个重要结构,可能给药物研发带来创新性改变。


生命“解码”愈高清,精准治疗愈可行

时空组学技术Stereo-seq不仅能够帮助人类进一步认识疾病,也能在分子水平上促进精准医学的发展,实现用“算法”助力更精准有效地治疗疾病,用“算法”帮助治病。目前的主要挑战是实现对海量数据的正确处理和解释以及多维数据的标准统一。

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时空组学芯片原理


为了推动时空组学的广泛应用,华大生命科学研究院等机构发起了时空组学联盟。截至目前,全球37个国家和地区的超过300位顶尖科学家参与其中,希望携手更多科学家共同推进人类终极问题的回答。期待在不久的将来人类能在分子水平上实现精准医学,期待更多“黑科技”为人类造福。

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