你如何能夠在一個(gè)完整的大腦或人體心臟中追蹤一個(gè)病變的細(xì)胞？這種搜索類似于大海撈針。在一項(xiàng)新的研究中，德國亥姆霍茲慕尼黑中心、慕尼黑大學(xué)的Ali Ertürk團(tuán)隊(duì)和馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所的Matthias Mann團(tuán)隊(duì)如今開發(fā)出一種名為DISCO-MS的新技術(shù)，解決了這個(gè)問題。DISCO-MS使用機(jī)器人技術(shù)在疾病早期精確識(shí)別的“患病”細(xì)胞中獲得蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年12月22日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Spatial proteomics in three-dimensional intact specimens”。

大多數(shù)疾病最初是沒有癥狀的，受影響的人通常仍然感覺良好---癥狀尚未出現(xiàn)，或者仍然太輕微而無法意識(shí)到。然而，身體內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了變化：一種病毒可能已經(jīng)開始復(fù)制，或者一個(gè)壞的細(xì)胞可能分裂得比正常情況下更頻繁。但如何才能感知到這些變化呢？

科學(xué)家們?cè)谘芯考膊〉脑缙诎l(fā)展時(shí)也面臨著類似的困境。即使在使用動(dòng)物模型時(shí)，科學(xué)家們也很少能確定疾病起始的小部位，也很少能描述推動(dòng)疾病發(fā)展的確切分子變化。

隨著Ertürk團(tuán)隊(duì)和Mann團(tuán)隊(duì)開發(fā)出DISCO-MS，這項(xiàng)任務(wù)變得更加容易。DISCO-MS將使小鼠和人體組織透明的方法與最新的機(jī)器人技術(shù)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)相結(jié)合，以確定其分子構(gòu)成。

DISCO-MS：組織透明才能檢測早期分子變化

DISCO-MS從所謂的DISCO組織透明開始，它使小鼠身體或人體器官變得透明，使它們可以被成像。因此，可以使用高分辨率的三維顯微鏡輕松地識(shí)別完整組織特定部位中的熒光標(biāo)記細(xì)胞。

一旦確定了感興趣的區(qū)域，就可以使用一種名為DISCO-bot的新機(jī)器人技術(shù)將其分離出來，該技術(shù)由機(jī)械工程師Furkan Öztürk（Ertürk實(shí)驗(yàn)室的一名博士生）開發(fā)。使用Mann實(shí)驗(yàn)室前博士生Andreas-David Brunner開發(fā)的先進(jìn)質(zhì)譜（MS）方法，對(duì)機(jī)器人輔助提取的組織進(jìn)行處理，以進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析。這種高科技方法允許對(duì)整個(gè)小鼠身體或人類器官中三維確定的任何所需組織區(qū)域進(jìn)行完整的分子特征分析。

圖片來自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.11.021。

早期檢測就能發(fā)現(xiàn)疾病

為了展示該方法的力量，論文第一作者Harsharan Singh Bhatia及其同事們將DISCO-MS應(yīng)用于阿爾茨海默?。ˋD）小鼠模型和人類心臟中的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。在AD小鼠模型的組織樣本中，他們利用人工智能（AI）識(shí)別出在這種疾病早期階段很難通過任何其他方法檢測出來的典型AD斑塊。隨后對(duì)這些斑塊的蛋白質(zhì)組學(xué)分析提供了對(duì)受AD影響的蛋白的無偏倚和大規(guī)模研究，揭示了可能是阿爾茨海默病生物標(biāo)志物的新分子參與者。

在人類心臟中，這些作者對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊周圍組織的組成感興趣，這些動(dòng)脈粥樣硬化斑塊在組織透明后迅速可見。人工智能檢測和機(jī)器人對(duì)這些組織的提取，又使人心臟細(xì)胞中與主動(dòng)脈斑塊有關(guān)的失調(diào)分子途徑得到了識(shí)別。這些結(jié)果是關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了潛在治療靶標(biāo)的基礎(chǔ)。

DISCO-MS是第一種完整的三維空間組學(xué)技術(shù)，加速了從癌癥到代謝紊亂等復(fù)雜疾病的研究。由于DISCO-MS適用于臨床前組織和臨床組織，它能夠在疾病的最早期階段進(jìn)行研究，并隨后開發(fā)潛在的新療法。（ Bioon.com）

參考資料：

1. Harsharan Singh Bhatia et al. Spatial proteomics in three-dimensional intact specimens. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.11.021.

2. Novel spatial-omics technology enables investigation of diseases at their early stages
https://phys.org/news/2022-12-spatial-omics-technology-enables-diseases-early.html