Nature：一项开源项目或能以前所未有的细节绘制出人类脊髓损伤的生物学图谱

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Single-cell and spatial atlases of spinal cord injury in the Tabulae Paralytica”的研究报告中，来自苏黎世联邦理工学院等机构的科学家们通过研究在人类脊髓损伤研究领域取得了一项重要的研究里程碑，他们通过利用称之为“Tabulae Paralytica”的开源项目，以前所未有的细节绘制出了人类瘫痪症（paralysis）的细胞和分子动力学特征。

文章中，研究人员将尖端的细胞和分子绘图技术与人工智能技术相结合，绘制出了机体脊髓损伤后每个细胞中所展开的复杂分子过程；文章中，研究人员不仅识别出了在机体恢复过程中扮演关键角色的一组特定的神经元和基因，还提出了一种成功的基因疗法。理解为何脊髓损伤几乎无法治愈的原因有助于揭开这一研究突破的重要性，人类脊髓是科学界所知的最为复杂的生物学系统之一，其是由不同类型的细胞在机械、化学和电活性方面的排列，这些细胞能协同作用产生并调节多种神经功能，包括自然优雅的步态等，这种细胞复杂性或许就加大了科学家们在有效治疗因脊髓损伤所引起的机体瘫痪上的挑战。

截止到目前为止，传统的成像和绘图方法对脊髓损伤的细胞机制提供了一种概括性的认识，但这种特异性的缺乏模糊了个体细胞类型的不同作用和反应，并阻碍了靶向性疗法的发展，因为疗法并不能精细地调整从而解决特定的细胞动力学变化。研究者Courtine说道，这项研究中，我们的目标不亚于对脊髓损伤的生物学理解的一场革命，通过提供能跨越空间和时间的小鼠脊髓损伤的细胞和分子动力学的异常详细的视图，包括Tabulae Paralytica的四个细胞图谱或许就能填补历史上的研究空白，并未靶向性疗法的开发和患者脊髓损伤的增强恢复铺平道路。

一项开源项目或能以前所未有的细节绘制出人类脊髓损伤的生物学图谱

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07504-y

基于对瘫痪症的复杂细胞动力学的最新理解，第一个治疗方法就是靶向性的基因疗法，该疗法是研究人员通过联合研究所开发的，其利用了一项重要的发现，即一种称之为星形胶质细胞的特殊类型的支持性细胞在老年动物机体中会失去对损伤产生反应的能力。在过去一百年的大部分时间里，人们认为，星形胶质细胞对于神经修复是有害的，研究人员的数据进一步支持了对这一观点的推翻，并表明这些细胞或许具有重要的保护性作用，其能用来修复脊髓损伤。这项研究的另一个关键结果就是研究人员识别出了一类名为Vsx2神经元的特定类型的神经元，其天生就具备促进机体恢复的能力。

研究者Jordan Squair博士表示，此前研究就为我们指明了方向，但有了这种新型微调的理解，如今我们可以肯定地说，Vsx2神经元在很大程度上负责神经回路的重组，这意味着其是迄今为止能修复脊髓损伤的最有趣的神经元群体了。为了在啮齿类动物模型中绘制出有史以来最为全面的脊髓损伤细胞图谱，研究人员利用了两项创新性的技术，第一种就是单细胞测序，其能分析每个细胞的遗传组成，尽管这项技术已经使用了十多年了，但最近的研究进展或能促进科学家们以前所未有的方式来扩大这一过程，从而产生数百万脊髓细胞的详细记录。第二种就是空间转录组学技术，其是一种能展示细胞活性发生的尖端技术，能扩展整个脊髓的图谱，并保留不同细胞类型之间的空间背景和关联。

新数据是如此庞大以至于研究人员必须专门开发新型机器学习技术来有效利用其复杂性，这种计算方法不仅能利用人工智能技术俩绘制单一细胞的即时遗传反应图谱，还能将这些反应置于脊髓的物理和时序景观中。研究者Squair说道，如今我们绘制出了一张详细的图谱，其不仅能向我们展示哪些细胞会参与其中，而且还揭示了在机体受伤和恢复过程中其之间是如何相互作用以及发生改变的。这种全面的理解对于开发针对特定细胞和修复不同损伤的独特需求的治疗方法至关重要，也为更有效和个体化疗法的开发铺平了道路。

最后研究者表示，Tabulae Paralytica是人类脊髓损伤研究的一个重要里程碑，其能将科学见解与技术创新相结合从而为理解并开发脊髓损伤的新型疗法开辟新的视野；尽管这项研究是利用啮齿类动物模型所进行的，但其所获得的见解有望转化为临床应用，帮助治疗脊髓损伤的患者。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Skinnider, M.A., Gautier, M., Teo, A.Y.Y. et al. Single-cell and spatial atlases of spinal cord injury in the Tabulae Paralytica. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-07504-y