Атлас клеток человека: как донорство после смерти помогает создать универсальный справочник по здоровью и болезням
Моменты после отключения от аппаратов жизнеобеспечения стали для анонимной женщины из района залива Сан-Франциско моментом самого щедрого дара: 17 различных тканей и органов.
Часть из них была пересажена нуждающимся, но многие другие были срочно отправлены на уникальную миссию — для научных исследований. Они стали вкладом в создание первого подробного «клеточного атласа» — справочника по типам клеток и их функциям, который изменит понимание здоровья и болезней.
Эта женщина была одним из 15 доноров из Калифорнии для проекта Tabula Sapiens. Над ним работают десятки хирургов, учёных и координаторов под руководством CZ Biohub (Сан-Франциско) в сотрудничестве с Donor Network West, Стэнфордом, UC San Francisco и UC Berkeley.
Для скорбящих семей «согласие на исследования — это предмет гордости», — говорит доктор Ахмад Салехи, директор по исследованиям Donor Network West.
Проект является частью масштабного международного усилия более чем 2300 экспертов из 83 стран (включая Broad Institute of MIT, Harvard и британский Sanger Institute) по созданию «Атласа клеток человека» (Human Cell Atlas). Его цель — картировать каждый тип клеток в теле человека. Результаты, размещённые в открытой онлайн-базе данных, были опубликованы в журнале Science.
- Доноры в возрасте от 22 до 69 лет умерли внезапно (от инсульта, сердечного приступа, травмы головы), поэтому их клетки были здоровыми и идеально подходили для проекта.
- Результат: почти полмиллиона клеток — 400 различных типов из 24 органов — были идентифицированы, генетически секвенированы и занесены в базу данных Tabula Sapiens.
«Качество и широта этих данных не имеют аналогов», — заявил Стивен Квейк, президент CZ Biohub Network. Проект «позволит учёным задавать и отвечать на вопросы о здоровье и болезнях, которые раньше были недоступны».
Почему это важно?
До сих пор учёные в основном изучали клетки отдельных органов или ткани от разных людей. Это затрудняет сравнение из-за различий в генетике, возрасте и условиях жизни. Часто используется замороженная ткань с деградировавшими клетками.
Исследование тканей и органов одного человека решает эту проблему:
- Показывает различия между клетками одного типа в разных органах.
- Клетки остаются неповреждёнными, так как смерть наступила недавно.
Ключевое открытие: хотя все клетки тела генетически идентичны (содержат одни и те же ~25 000 генов), каждый тип клеток использует этот геном по-разному. Выражая только определённый набор генов, клетка созревает в конкретный тип с конкретной задачей.
«Геном — это не чертёж организма, а скорее список деталей, потому что каждый тип клеток использует разный набор этих деталей», — пояснил Квейк. «Нам удалось показать, как разные части генома используются для определения разных типов клеток».
Как это поможет в будущем?
Атлас позволит понять, как клетки меняются при болезни. Например, можно сравнить здоровую клетку печени с клеткой при жировой болезни и спросить: «Произошло ли что-то на молекулярном уровне?»
Проект также демонстрирует разнообразие: среди доноров — 38-летняя чернокожая женщина с волчанкой, 69-летняя белая женщина с шизофренией, 56-летний латиноамериканец с астмой и 42-летний азиат. Все они были калифорнийцами, что позволило быстро доставить клетки в лаборатории.
Сложная логистика: гонка со временем
Процесс требует скорости и слаженности. В отличие от обычного донорства, где у тканей есть несколько часов, в проекте Tabula Sapiens время критично: РНК-молекулы, участвующие в экспрессии генов, разрушаются почти мгновенно.
- Операции обычно проводятся в полночь.
- После удаления органов для трансплантации другая команда хирургов-специалистов извлекает ткани для исследований (слюнные железы, костный мозг, части сосудистой системы и др.).
- Ткани немедленно упаковываются, охлаждаются и доставляются курьерами.
- Учёные в более чем десятке лабораторий готовы работать всю ночь, чтобы обработать образцы, а затем провести секвенирование и анализ с помощью специального ПО.
«Донорство органов может спасать жизни здесь и сейчас, — говорит Салехи. — Но оно также может спасать жизни в долгосрочной перспективе. Семьи думают: "Я могу сделать что-то сегодня, что, возможно, через 5–10 лет изменит ситуацию к лучшему"».