Bản đồ tế bào lớn nhất và toàn diện nhất của phổi người được công bố trên tạp chí Nature Medicine (ngày 08/6/2023). Tiết lộ sự đa dạng lớn của các loại tế bào trong phổi và sự khác biệt chính giữa sức khỏe và bệnh tật, Bản đồ tế bào phổi của con người sẽ là một nguồn tài nguyên quý giá cho các nhà nghiên cứu phổi.

Bằng cách kết hợp dữ liệu từ gần 40 nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã tạo ra bản đồ đơn bào tích hợp đầu tiên của phổi, tiết lộ các loại tế bào hiếm và làm nổi bật sự khác biệt tế bào giữa những người khỏe mạnh. Ngoài ra, nghiên cứu đã tìm thấy các trạng thái tế bào phổ biến giữa xơ phổi, ung thư và COVID-19, đưa ra những cách hiểu mới về bệnh phổi, có thể giúp xác định các mục tiêu điều trị mới.

Nghiên cứu này là một phần của sáng kiến Bản đồ tế bào người (HCA) toàn cầu nhằm lập bản đồ mọi loại tế bào trong cơ thể con người, để thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về sức khỏe, nhiễm trùng và bệnh tật.

Nghiên cứu phổi đã được hưởng lợi rất nhiều từ các nghiên cứu tế bào đơn gần đây cho thấy gen nào hoạt động trong mỗi tế bào. Mặc dù vậy, nghiên cứu đã bị giới hạn cho đến nay bởi số lượng mẫu và cá nhân được đưa vào mỗi nghiên cứu. Để hiểu rõ hơn về phổi khỏe mạnh và xác định những gì xảy ra trong bệnh, một tập bản đồ toàn diện là cần thiết, tuy nhiên điều này rất khó đạt được.

Giờ đây, một nhóm lớn các nhà nghiên cứu đã kết hợp thành công 49 bộ dữ liệu phổi, từ gần 40 nghiên cứu riêng biệt, thành một Atlas tích hợp duy nhất, sử dụng công nghệ máy học tiên tiến. Bằng cách tổng hợp và tích hợp các bộ dữ liệu từ mọi nghiên cứu phổi giải trình tự RNA đơn bào chính được công bố cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã tạo ra Bản đồ tế bào phổi người tích hợp đầu tiên. Atlas này trải dài hơn 2,4 triệu tế bào từ 486 cá nhân và cung cấp những hiểu biết mới về sinh học phổi mà trước đây không thể thực hiện được.

Một tập bản đồ cơ quan toàn diện đòi hỏi nhiều bộ dữ liệu để nắm bắt sự đa dạng giữa cả tế bào và cá nhân, nhưng việc kết hợp các bộ dữ liệu khác nhau là một thách thức lớn. Chúng tôi đã phát triển một đường ống đo điểm chuẩn để tìm ra phương pháp tối ưu để tích hợp tất cả các bộ dữ liệu vào Atlas, sử dụng trí tuệ nhân tạo và kết hợp thành công kiến thức và dữ liệu từ gần 40 nghiên cứu phổi trước đó.

Tiến sĩ Malte Luecken, tác giả cao cấp của bài báo, Trưởng nhóm nghiên cứu, Viện Sinh học tính toán và Viện Sức khỏe và Miễn dịch phổi, Helmholtz Munich, Đức

Chúng tôi đã tạo ra một tập bản đồ tham chiếu đầu tiên về phổi của con người, bao gồm dữ liệu từ hơn một trăm người khỏe mạnh và tiết lộ cách các tế bào từ các cá nhân thay đổi theo tuổi tác, giới tính và lịch sử hút thuốc. Số lượng lớn các tế bào và cá thể liên quan hiện nay mang lại sức mạnh để nhìn thấy các loại tế bào hiếm và xác định các trạng thái tế bào mới chưa được mô tả trước đây.

Giáo sư Fabian Theis, tác giả cao cấp của bài báo, Giám đốc Viện Sinh học tính toán, Helmholtz Munich

Trong khi cốt lõi của Bản đồ tế bào phổi người là dữ liệu từ phổi khỏe mạnh, nhóm nghiên cứu cũng lấy bộ dữ liệu từ hơn 10 bệnh phổi khác nhau và chiếu chúng lên dữ liệu khỏe mạnh, để hiểu tình trạng bệnh.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các bệnh phổi khác nhau có chung trạng thái tế bào miễn dịch, bao gồm phát hiện ra rằng một tập hợp con các đại thực bào (một loại tế bào miễn dịch) có chung hoạt động gen tương tự trong xơ phổi, ung thư và COVID-19. Các trạng thái được chia sẻ chỉ ra rằng các tế bào này có thể đóng một vai trò tương tự trong việc hình thành sẹo trong phổi trong cả ba bệnh và cung cấp các chỉ dẫn cho các mục tiêu điều trị tiềm năng.

Đây là nỗ lực đầu tiên để so sánh phổi khỏe mạnh và bệnh tật trong một nghiên cứu theo cách tích hợp. Nghiên cứu của chúng tôi không chỉ hỗ trợ sự hiện diện của xơ phổi trong COVID-19, nó cho phép chúng tôi xác định và xác định trạng thái tế bào chung giữa xơ phổi, COVID-19 và bệnh nhân ung thư phổi. Tìm kiếm các tế bào liên quan đến bệnh được chia sẻ này thực sự thú vị và cho thấy một cách nhìn hoàn toàn khác về các bệnh phổi, mở ra khả năng cho các mục tiêu điều trị mới và phát triển các dấu ấn sinh học đáp ứng điều trị. Phát hiện của chúng tôi cũng cho thấy rằng các liệu pháp điều trị một bệnh có thể giúp giảm bớt những bệnh khác”.

Martijn Nawijn, tác giả cao cấp của bài báo, Giáo sư, Trung tâm Y tế Đại học Groningen, Hà Lan

Dự án Tích hợp Bản đồ Phổi là một nỗ lực hợp tác quốc tế với gần 100 đối tác từ hơn 60 trung tâm, bao gồm các nhà nghiên cứu chủ chốt từ Helmholtz Munich, Trung tâm Y tế Đại học Groningen và Đại học Northwestern. Nhóm nghiên cứu này là một phần của Mạng lưới sinh học phổi Atlas tế bào người, có nguồn gốc từ Mạng lưới hạt giống sáng kiến Chan Zuckerberg cho Bản đồ tế bào người và mạng lưới phổi do Liên minh châu Âu tài trợ DiscovAIR. Khi bắt đầu đại dịch COVID-19 vào năm 2020, các cộng đồng phổi đơn bào đã kết hợp nhanh chóng, tạo thành Mạng lưới sinh học phổi HCA để giúp hiểu về COVID-19, sau đó dẫn đến nỗ lực toàn cầu để tích hợp tất cả dữ liệu.

Một trong những vấn đề lớn trong việc tạo ra bản đồ tế bào phổi tích hợp là chú thích loại tế bào. Các nhóm nghiên cứu khác nhau đã sử dụng các tên khác nhau cho cùng một loại tế bào hoặc cùng tên cho các tế bào khác nhau, vì vậy với tư cách là một nhóm, chúng tôi đã làm việc để chuẩn hóa chúng bằng cách sử dụng dữ liệu trong tập bản đồ. Tập bản đồ là bước đầu tiên hướng tới sự đồng thuận về phổi người, điều này sẽ giúp tập hợp lĩnh vực nghiên cứu phổi”.

Lisa Sikkema, tác giả đầu tiên của bài báo, nghiên cứu sinh, Viện Sinh học tính toán, Helmholtz Munich

Cơ quan chính tích hợp đầu tiên trong sáng kiến Bản đồ tế bào người, Bản đồ tế bào phổi người được công bố công khai cho các nhà nghiên cứu trên toàn cầu, như một nguồn tài nguyên trung tâm để nghiên cứu phổi về sức khỏe và bệnh tật.

Bản đồ tế bào phổi của con người là một nguồn tài nguyên khổng lồ cho cộng đồng khoa học và y tế. Có sẵn công khai cho các nhà nghiên cứu, dữ liệu bệnh mới có thể được ánh xạ vào HLCA, chuyển đổi nghiên cứu thành sinh học phổi và bệnh tật. Là tập bản đồ tham chiếu toàn bộ đầu tiên của một cơ quan chính, HLCA cũng đại diện cho một cột mốc quan trọng hướng tới việc đạt được Bản đồ tế bào người đầy đủ sẽ biến đổi sự hiểu biết của chúng ta về sinh học và bệnh tật và đặt nền tảng cho một kỷ nguyên mới của chăm sóc sức khỏe.

Tiến sĩ Alexander Misharin, Tác giả cao cấp của bài báo, Phó Giáo sư, Trường Y Feinberg, Đại học Northwestern, Hoa Kỳ