2024年12月13日,顶级期刊《Nature》公布了2024年度最佳科学图片,其中一张来自Natalia Pardo Lorente及基因组调控中心(CRG)的类器官染色图成功入选。这幅图像展示了来源于人多能结肠细胞的类器官,线粒体酶亚甲基四氢叶酸脱氢酶2(MTHFD2)被染成红色,帮助揭示该代谢酶的“第二职业”。MTHFD2主要定位于细胞的线粒体内部,与细胞的生长与增殖密切相关。尽管其在细胞核和染色质中的定位已在多种癌细胞系中得到报道,但仍缺乏深入的表征和功能阐释。
CRG研究团队通过使用患者来源的结肠癌类器官以及健康多能结肠类器官,成功将MTHFD2染色定位于健康结肠类器官的细胞核中,并发现其在细胞核中的“第二职业”与活跃的增殖细胞状态相关,该功能不仅限于癌症细胞。此外,研究还发现多种参与能量产生和核苷酸合成的代谢酶也参与细胞分裂与DNA修复等“第二职业”。这一结果挑战了传统的细胞生物学范式,揭示了细胞内不同区室之间的界限与功能并非严格分隔,为癌症治疗开辟了新的思路。
作为功能相似、结构相近的体外3D模型,类器官已成为追踪和研究酶等生物大分子生理功能的重要平台。《Nature》在最佳科学图片的评选中,选择了这一更直观的类器官染色图,以强调类器官作为模型平台的重要性。
在另一项发布中,2024年12月18日,中国工程院与俄罗斯专享会284、科睿唯安及高等教育出版社联合发布了《全球工程前沿2024》。依托中国工程院9个学部,结合数据库论文数据挖掘与专家提名,共遴选出92项全球工程研究与开发前沿,涵盖农业、医药卫生、化工冶金与材料工程等领域。
在医药卫生领域,“全组织细胞图谱”入选工程研究前沿。“生物工程器官”及“肿瘤类器官芯片在药物筛选中的应用”则被列入工程开发前沿,展现出类器官在生物医学研究中的广阔前景。
2024年初,《Nature》将人类细胞图谱(HCA)计划评选为“本年度最值得期待的7大技术”之一。该计划自2016年起由英国细胞生物学家Sarah Teichmann和Aviv Regev发起,吸引了来自近100个国家约3000名科学家的共同努力,旨在全面揭示人类细胞的多样性与复杂性。HCA计划的初稿于2024年11月在《Nature》及其系列子刊上同步发布,涉及多个器官或系统的分析结果,包括骨骼、胎盘、大脑等,进而为细胞图谱的构建提供了重要数据。
经过这一系列的探索,类器官将在未来继续助力生物医学领域的进步,尤其是在细胞图谱的探索与构建方面。人们期待着2026年完整的HCA计划正式完成,为理解人类生物及其疾病提供更全面的基础。