摘要
科学家们已经构建了人脑发育过程中最全面的单细胞图谱之一。全新的BrainSTEM框架分析了近68万个胎儿脑细胞，绘制了它们的生长和相互作用图谱，为研究神经元发育提供了详细参考。
通过精确定位帕金森病中最受影响的中脑多巴胺能神经元，该图谱为研究人员提供了一个强大工具，用于改进细胞疗法和评估实验室模型。这一开源图谱为脑部绘图树立了新标准，并为人工智能辅助的神经退行性疾病治疗突破铺平了道路。
关键事实
- 全面绘图：BrainSTEM绘制了68万个脑细胞，捕捉了每种主要细胞类型和发育路径。
- 帕金森病重点：该图谱识别出对恢复帕金森病运动控制至关重要的多巴胺能神经元。
- 开放获取标准：提供了共享的全球参考标准，以改进脑部模型并加速发现。
来源：杜克-国大医学院
杜克-国大医学院的科学家及其合作者已经创建了人脑发育过程中最全面的单细胞图谱之一。
该图谱捕捉了几乎所有细胞类型、它们的基因指纹以及它们如何生长和相互作用。它还对生产高质量神经元的最佳实验室方法进行了基准测试，标志着向帕金森病和其他脑部疾病新疗法迈出的重要一步。
研究团队将提供其脑图谱作为开源参考，并将多层级绘图过程作为即用型工具包。帕金森病是新加坡第二常见的神经退行性疾病，影响约每1000名50岁以上人群中3人。该疾病损害中脑多巴胺能神经元——这些细胞释放化学物质多巴胺来控制运动和学习。恢复这些细胞可能有一天有助于缓解震颤和行动能力丧失等症状。
为了更好地了解这些神经元在实验室中生长时的发育过程，杜克-国大团队构建了一个名为BrainSTEM（脑部单细胞双层级绘图）的两步绘图框架。与包括悉尼大学在内的合作伙伴一起，他们分析了来自胎儿大脑的近68万个细胞，以绘制整个细胞景观。
第二个更高分辨率的投影专注于中脑——更精确地定位多巴胺能神经元。这一"综合参考图谱"现在为全球科学家提供了一个标准，用于评估中脑模型相对于真实人脑的准确性。
杜克-国大医学院神经科学与行为障碍项目MD-PhD候选人、该论文的第一作者之一Hilary Toh博士表示：
"我们的数据驱动蓝图帮助科学家生产高产量的中脑多巴胺能神经元，这些神经元真实反映了人类生物学。这种质量的移植物对于提高细胞疗法的疗效和最小化副作用至关重要，为帕金森病患者提供替代疗法铺平了道路。"
这项最近发表在《科学进展》杂志上的研究发现，许多用于生长中脑细胞的方法也产生了来自其他脑区的不需要的细胞。
这表明，实验室技术与数据分析都需要改进，以检测和去除这些偏离目标的细胞。
杜克-国大计算生物学中心首席研究科学家、该研究的高级作者John Ouyang博士表示：
"通过在单细胞分辨率下绘制大脑图谱，BrainSTEM赋予了我们区分即使是微妙偏离目标细胞群的精确度。这种丰富的细胞细节为人工智能驱动的模型提供了关键基础，这些模型将改变我们对患者进行分组和设计针对神经退行性疾病疗法的方式。"
同样作为该论文高级作者的杜克-国大神经科学与行为障碍项目助理教授Alfred Sun补充道：
"BrainSTEM标志着脑部建模的重大进步。通过提供严格的、数据驱动的方法，它将加速帕金森病可靠细胞疗法的开发。我们正在树立新标准，确保下一代帕金森病模型真正反映人类生物学。"
研究团队将提供其脑图谱作为开源参考，以及将多层级绘图过程作为即用型工具包。由于BrainSTEM是一个可以应用于筛选大脑中任何细胞类型的框架，全球实验室可以部署它来加深洞察、优化工作流程并加速神经科学领域的发现。
杜克-国大研究高级副院长Patrick Tan教授表示：
"这项研究重新定义了基准——确立多层级绘图对于捕捉复杂生物系统中细胞细节的必要性。通过如此详细地揭示人类中脑如何发育，我们将加速帕金森病研究和细胞疗法，为患者提供更好的护理并带来希望。"
资助
这项研究得到了包括USyd-NUS启动基金和通过Ida C. Morris Falk基金会慷慨捐赠的杜克-国大帕金森病研究基金在内的项目支持。
关键问题解答
问：什么是BrainSTEM，它实现了什么？
答：BrainSTEM是一个单细胞绘图框架，绘制了发育中人脑中几乎所有细胞类型，以无与伦比的分辨率揭示神经元如何形成、生长和相互作用。
问：这将如何推进帕金森病研究？
答：该图谱识别出帕金森病中受损的中脑多巴胺能神经元，帮助科学家为未来疗法创建更准确的实验室培养替代品。
问：为什么这对神经科学来说是一项突破？
答：通过分析68万个脑细胞，BrainSTEM为脑部建模的精确度和透明度树立了新基准，提供了一个指导发现和再生医学的全球参考。
关于这项脑部绘图研究
作者：Brandon Raeburn
来源：杜克-国大医学院
联系方式：Brandon Raeburn – 杜克-国大医学院
图片：图片由Neuroscience News提供
原始研究
开放获取。
"Toh等人在《科学进展》上发表的'BrainSTEM：单细胞多分辨率胎儿脑图谱揭示人中脑培养物的转录组保真度'"
摘要
BrainSTEM：单细胞多分辨率胎儿脑图谱揭示人中脑培养物的转录组保真度
用于帕金森病建模和治疗的中脑多巴胺能神经元获取方案仍未完全与体内参考进行基准测试。
为建立转录组标准，研究团队生成了一个整合的人类胎儿全脑图谱和一个中脑亚图谱。全脑分析显示了强烈的区域特异性特征，强调了在进行精细中脑注释之前进行全局绘图的必要性。
研究团队实施了这种两层级策略，即BrainSTEM（脑部单细胞双层级绘图），以系统地重新评估已发表的人类中脑培养模型的单细胞数据集。
BrainSTEM确认了真实中脑细胞类型("目标内")的存在，但也揭示了与非中脑区域("目标外")对齐的大量群体，使各种方案报告的多巴胺能神经元产量膨胀。
这种无偏框架能够严格评估分化结果，澄清当前中脑定向模型的局限性，并为改进协议提供基础，以实现更忠实的体外系统，用于帕金森病研究和再生应用。
【全文结束】
