Forskare vid Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute har använt spetsteknik för att profilera över 20, 000 enskilda celler för att producera den första "cellkartan" som beskriver alla de viktigaste celltyperna som finns i ett tidigt skede av däggdjursembryoutveckling. Forskarna använde kartan för att identifiera en viktig ny väg som är involverad i utveckling av blodceller och säger att kartan kan öppna nya vägar för medicin och läkemedelsutveckling.
Den nya forskningen, publicerad i tidningen Naturcellsbiologi , använde banbrytande encellsteknik för att studera den genetiska aktiviteten hos över 20, 000 enskilda celler som finns i musembryot i ett tidigt utvecklingsstadium när stora organ som hjärta och hjärna bildas.
Mönstren för genetisk aktivitet i det utvecklande embryot fångades i den nya "cellkartan" som hjälper forskare att förstå hur celler växer och förvärva alla de olika specialiserade funktioner som krävs för att kroppen ska fungera.
Teamet visade nyttan av deras plattform genom att identifiera en ny väg som är involverad i tidig utveckling av blodceller. Blodceller mognar i embryot tillsammans med andra vävnader som hjärtat, muskler, vener och artärer, men det finns fortfarande stora kunskapsluckor på dessa områden.
Professor Bertie Göttgens, från Wellcome — MRC Cambridge Stem Cell Institute och Cambridge Institute for Medical Research vid University of Cambridge, sa:"Genom att leta efter kända blodkroppsmarkörer på vår" cellkarta "kunde vi identifiera leukotrienbiosyntesvägen som en ny regulator för tidig blodutveckling."
"Tillgängligheten av lämpliga blodgivarceller är en begränsande faktor för många patienter som behöver benmärgstransplantation eller specialiserade blodtransfusioner. Identifieringen av nya vägar som driver normal blodcellsutveckling har potential att förbättra vår förmåga att generera blodceller för dessa patienter i laboratorium."
Cellkartdata erbjuder också nya läkemedelsutvecklingsmöjligheter. "Om vi vet vilka gener som är aktiva i viktiga utvecklingsstadier kan vi utveckla läkemedel för att rikta in de viktiga vägarna och förändra cellfunktionen vid sjukdomar som medfödda hjärtfel, en av de vanligaste sjukdomarna som kräver operation hos nyfödda barn, "sa studieförfattaren Dr John Marioni, från Cancer Research UK Cambridge Institute, EMBL — European Bioinformatics Institute och Wellcome Trust Sanger Institute.
"Vi gör denna omfattande encellskarta tillgänglig för alla forskare och hoppas att den kan användas för att avslöja tidigare okända vägar som bidrar till däggdjursutveckling, om det är lunga, hjärna, lever eller annan kroppsvävnad. "
Dr Mariana Delfino-Machin, MRC -programchef för cancer, sade:"En stor utmaning inom cellbiologin är att sätta ihop de exakta stegen som krävs för att ge en cell sin identitet. Fram tills nu, experimentella metoder har saknat den precision som behövs för att uppfatta skillnaderna mellan celler som förklarar hur de utvecklar olika identiteter, och hur dessa skillnader kan orsaka sjukdom. Karakteriseringen av 20, 000 enskilda celler i ett musembryo efter implantationstadiet är en imponerande prestation, som ger en övergripande överblick över processerna för att vägleda celler till deras individuella identiteter i det skedet. "
Dr Andrew Chisholm, Head of Cellular and Developmental Sciences på Wellcome, sade:"Detta är en omfattande och djup karakterisering av celltyper som finns i musembryot i detta kritiska utvecklingsstadium, skapa en rik resurs för samhället. Studien illustrerar kraften hos enkelcellsbaserade tekniker för att förstå utvecklingen av organ som hjärta och hjärna. Det kan också hjälpa forskare att förbättra metoder för att skapa mogna, specialiserade celler från stamceller. "
