近日，由杜克—新加坡国立大学医学院牵头的科研团队科学家们构建了一份前所未有的发育中人类大脑单细胞图谱，该图谱识别了几乎每种细胞类型，记录了它们的遗传特征，并展示了这些细胞如何生长和相互作用。它还比较了用于产生高质量神经元的主要实验室方法，推动了为帕金森病及其他脑部疾病开发新疗法的进步。相关研究结果发表于《科学进展》。
帕金森病是新加坡第二常见的神经退行性疾病，大约每1000名50岁及以上人群中就有三人受影响。该疾病损害中脑多巴胺能神经元，这些神经元负责释放多巴胺以调节运动和学习。恢复这些神经元最终或可缓解震颤和行动困难等症状。
为了阐明多巴胺能神经元在实验室环境中如何形成，该团队创建了一种名为BrainSTEM的两步绘图法。他们与包括悉尼大学在内的合作伙伴一起，分析了来自胎儿大脑的近68万个细胞，以绘制完整的细胞图谱。
第二层更高分辨率的图谱以更高的精度聚焦中脑，并精确定位多巴胺能神经元。这张“综合参考图谱”现已成为评估中脑模型在多大程度上真实反映人类生物学的全球标准。
该论文第一作者、杜克—新加坡国立大学医学院博士Hilary Toh：“我们这份数据驱动的蓝图帮助科学家产生能忠实反映人类生物学的中脑多巴胺能神经元。这种质量的移植细胞对于提高细胞疗法疗效和最小化副作用至关重要，为向帕金森病患者提供替代疗法铺平了道路。”
显微镜下的中脑多巴胺能神经元。图片来源：Hilary Toh
这项研究报告称，几种用于培养中脑细胞的方法也产生了源自其他脑区的不需要的细胞。这些发现表明，无论是实验方案还是数据分析流程都需要改进，以检测和去除这类脱靶细胞群体。
该论文通讯作者、杜克—新加坡国立大学计算生物学中心首席科学家John Ouyang表示：“通过单细胞分辨率绘制大脑图谱，丰富的细胞细节为人工智能驱动模型提供了关键基础，这将改变我们对神经退行性疾病患者进行分类和设计靶向疗法的方式。”
该论文共同通讯作者、杜克—新加坡国立大学助理教授Alfred Sun：“BrainSTEM 标志着大脑建模向前迈出了重要一步。通过提供一种严谨的、数据驱动的方法，它将加速开发可靠的帕金森病细胞疗法。我们正在设定新标准，以确保下一代帕金森病模型真正反映人类生物学。”
研究人员将作为开源参考发布他们的脑图谱，并将多层绘图方法作为开箱即用的软件包提供。由于BrainSTEM可应用于分离大脑中的任何细胞类型，世界各地的实验室都可以使用它来加深理解、简化工作流程并加速整个神经科学领域的发现。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu7944
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