“细胞”为增殖细胞“装上GPS”：科学家打造单细胞追踪技术，成功解析小鼠大脑上万个新生细胞

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来源：DeepTech深科技

近日，美国洛克菲勒大学教授曹俊越和团队开发出一种名为 TrackerSci 的技术，该技术能以前所未有的精度追踪体内各种细胞类型的更新动态。凭借这一技术，曹俊越课题组首次绘制出大脑细胞衰老时的动态图谱。

TrackerSci 可以通过三个分子条码水平，有效扩展到对数百万个细胞进行分析，并能够监测增殖细胞的转录和表观遗传动态。

它好比给体内的每一个增殖的细胞安装了 GPS 装置，可以追踪细胞的动态变化，并能监测它们的全部基因表达和表观遗传图谱。    

例如，当该团队使用 TrackerSci 研究小鼠大脑中的上万个新生细胞时，发现了很多以前被忽视的增殖细胞类型，并确定了小鼠的特异型基因标志物。

与以前只关注基因表达的研究不同的是，TrackerSci 提供了对新生细胞的全面视角，从而能够深入探讨背后的基因调控和表观遗传基础。

另外，通过比较不同年纪的小鼠大脑，课题组发现随着年龄的增长，不同细胞的更新速度存在明显的差异。例如，一些细胞的更新能力减弱，而其他细胞的更新则变得更强。

通过比较这些细胞的差异性，他们确认了一些潜在的基因靶点，从而能用于对抗衰老过程中的细胞变化。

同时，本次研究还扩展至人脑细胞之中，即发现在老年人大脑中的细胞增殖，存在区域特异性和细胞类型特异性的特征。

例如，他们发现人体小脑中少突胶质细胞的分化受到了明显抑制，并揭示了该区域特异性的基因控制机制。    

总的来说，本次研究提供到一种新的单细胞追踪技术，有助于全面了解体内细胞的增殖和分化，这对于研究各种器官和人体器官模型中的细胞生成过程具有重要意义。

曹俊越希望这项技术能助力于更深入地研究各种细胞类型的生存、凋亡和老化状态，从而为治疗与老化相关的疾病提供新的途径。

作为一款追踪检测工具，TrackerSci 可以让我们在整个动物体内的尺度上，研究各种细胞类型的生长和变化速度。这对于理解人体的动态变化来说，能够带来更高的效率、以及更广泛的适用范围，可以帮助学界更全面地评估候选基因、突变体或药物治疗的效果。

另外，这项创新性的研究采用了无偏化、系统化和定量化的方法，来研究控制身体内细胞生长的基本机制，并在整个器官层面上进行了调查。

通过同时分析不同细胞类型的增长速度和分子状态，该团队生成了一个数据集，借此可以系统地解析细胞类型特定的增长速度，到底如何受到了内部基因表达、染色质结构和外部环境信号的影响。

此外，本次方法还能用于抗衰老研究，帮助筛选出潜在的抗衰老药物的靶标。衰老，是一种会在身体各个器官中积累的不利变化。而本次研究方法提供了一个全面的视角，可以更深入地了解细胞群体在衰老过程中的平衡以及可能的干预方式。同样，这些方法也能用于其他疾病的研究，比如癌症和新生儿疾病。

凭借此，相关论文得到了评审专家的认可。曹俊越表示：“审稿人非常肯定 TrackerSci 技术的潜力。他们强调了这项技术在生物学领域的广泛应用前景，认为它具有突破性的潜力，可以用于研究不同物种、不同年龄段以及不同脑部区域的前体细胞。” 

一方面，审稿人认为 TrackerSci 技术可能会对各种领域的研究产生重要而深远的影响，从而推动我们更深入地理解生物学变化。另一方面，审稿人认为了解老化对于神经细胞和胶质细胞生成的影响是一个至关重要的问题。

而该工作中提出的方法可以帮助分析和表征新生脑细胞的数据，从而有助于回答上述问题。

对于论文的顺利发表，曹俊越说：“我要特别感谢在 TrackerSci 技术的研发中扮演了关键角色的两位杰出年轻科研人员，他们分别是博士生卢梓育和研究助理 Melissa Zhang。他们在面对困难时，展现了卓越的毅力和才华。”

下一步，曹俊越计划不断改进这项技术，使其能够同时检测更多的细胞、以及细胞内更多种类的分子信息。包括但不限于细胞的转录组、表观遗传信息、蛋白质组等。

这一改进将使他们能够定量地研究不同器官中细胞增殖和分化速率在衰老过程中的变化。更重要的是，它将帮助课题组揭示不同细胞种类在衰老中维持稳态的分子机制。

另一方面，他们计划将这项技术用于研究不同疾病、不同细胞种类之中的动态变化。例如，癌症通常是由于特定细胞类型的增殖速率异常改变导致的。同样，阿尔兹海默症也与人脑中某些神经前体细胞的增殖速率减少有关。

因此，他们打算将这项技术扩展到相关的疾病模型中，以深入了解疾病发生和发展背后的细胞动态变化机制。预计这将有助于发现与这些疾病相关的分子靶点，从而为针对性的药物治疗或基因治疗提供新的途径。   

 通宵达旦搞实验，正值盛年双丰收

另据悉，曹俊越是河北衡水中学的校友。相比同龄人，他更早地获得了教职。其表示：“从北大毕业之后，我从 2015 年秋开始在华盛顿大学读博， 2019 春完成博士研究。随后第二年开始了自己在洛克菲勒大学的实验室组建工作。”

谈及四年读博历程，他说：“我的博士研究主要集中在单细胞测序技术的发展，起初我对基因组技术和数据分析一无所知。早期，通宵达旦地进行实验和数据分析是家常便饭，有时一个实验需要连续进行 36 个小时。”

可以说，每个新技术的开发都要测试数百、甚至数千种技术条件。幸运的是，曹俊越的精力比较充沛，也很享受从零开始学习新知识的过程。

另一个关键因素是家庭的支持。他说：“我妻子和我都是同一个博士项目的同学，我们每天都讨论研究进展。这些讨论对于推动我的研究项目、以及在独立建组之后制定独特的研究方向很有帮助。”

而在华盛顿大学读博期间，曹俊越的儿子才刚刚出生，不久之后他又迎来一个女儿。“这促使我和妻子学会如何平衡家庭和科研，并有效地管理工作时间。期间，我们得到了双方父母的全面支持，这对我们顺利完成博士研究以及组建自己的团队起到了关键作用。”他表示。

1.Lu et al., Tracking cell-type-specific temporal dynamics in human and mouse brains, Cell (2023), https:// doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.042

运营/排版：何晨龙

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