从切片到整体:三维细胞图谱推动病理学研究迈向全器官尺度

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在病理学与生理学研究中,长期以来以观察薄切组织切片为主的二维(2D)分析占据主流。然而,这种方法难以在整体尺度上把握细胞在整个器官乃至全身的空间分布,从而限制了对生物体发育过程、药物疗效与副作用,以及疾病相关全器官或全身变化的定量阐释。

为解决上述问题,东京大学医学研究科植田宏树教授领导的研究团队构建了覆盖整个器官及全身所有细胞的三维图谱,即CUBIC器官/全身图谱。相关成果已发表在《Cell》杂志。

研究团队在技术层面优化了组织透明化技术(CUBIC方法),使其能够适用于新生小鼠的单个器官及全身样本;同时开发了可在大视野条件下实现高分辨率成像的新型三维成像技术。基于获取的三维图像,研究人员进一步提取每个细胞的位置信息,从而建立起覆盖全器官及全身细胞的三维图谱。

研究显示,在统一的参考框架下,该图谱可用于叠加并比较不同个体或不同实验条件下的细胞分布情况。研究团队表示,这一全器官及全身三维细胞图谱有望成为发育生物学、生理学与病理学等领域开展全身尺度细胞分布与细胞数量变化定量评估的基础技术,使以往局限于局部区域的分析能够扩展至整个器官或全身范围。

此外,研究提出,将三维图谱数据与现有基因表达数据以及二维空间组学数据(如空间转录组学)结合,有望推动形态学信息与分子信息的整合分析。研究团队认为,这种整合分析可能促进对疾病的更高精度理解,并为病理状态分析提供新的指标。

研究团队预计,该分析平台可在基础研究与应用研究的多个领域获得广泛使用,并有望发展为补充与扩展传统二维病理诊断的下一代三维病理诊断技术,未来也期待应用于人体组织。


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