类器官的发展方兴未艾，日新月异，但是大牛们已经非常有忧患意识的提出了HCA（Human Cell Atlas，人类细胞图谱 ）的分支-类器官细胞图谱，为类器官将来的发展夯实基础欧洲计划两年内完成类器官细胞图谱的数据库的初步建设，我来为大家科普一下关于衣藻的细胞模型示意图?以下内容希望对你有帮助!
衣藻的细胞模型示意图
类器官的发展方兴未艾，日新月异，但是大牛们已经非常有忧患意识的提出了HCA（Human Cell Atlas，人类细胞图谱 ）的分支-类器官细胞图谱，为类器官将来的发展夯实基础。欧洲计划两年内完成类器官细胞图谱的数据库的初步建设。
类器官细胞图谱项目的推出有什么重大意义？对未来的类器官研究意味着什么？面对未来科技制高点的国家竞争，我们又能做些什么呢？
人类类器官在生物医学领域具有巨大的应用潜力。这些培养的细胞3D结构模拟了体内器官发育和生物功能的重要方面。他们提供了易于操作的人体生理学和病理学体外模型，从而使难以或不可能在人体中进行的介入性研究成为可能。例如，类器官可以在反映人类生物学的复杂细胞背景下进行遗传和药理操作，并且它们允许对器官发育和疾病发作的早期阶段进行研究。在临床前药物开发的许多领域，类器官(可能最终取代动物模型)是动物模型的有益补充。此外，他们还为药物开发和精确治疗提供了针对患者的“化身” ，包括治疗癌症、罕见遗传疾病(如囊性纤维化)和复杂的多因素疾病(如癫痫)。最后，他们有望为再生医学研究做出贡献，目标是制造出可以移植到患者体内的功能性生物结构。
图1: 类器官和单细胞技术结合起来进行生物医学发现和再生治疗
A，类器官可以来源于成体干细胞，这些干细胞已经致力于一个特定的细胞谱系，组织和/或器官，或者来源于多功能细胞，这可以产生一系列广泛的细胞类型，但需要更复杂的分化协议。B 人类类器官广泛用于生物功能的体外模拟、药物测试和再生医学。C 推进类器官研究的关键挑战包括类器官的表征和验证，新类器官开发，以及类器官在基础生物学和生物医学研究中的应用。D 单细胞技术通过对衍生的类器官进行系统验证，为类器官协议开发提供依据，以及为人类类器官的功能扰动实验提供高通量的检测，有望推动类器官研究。
为了实现人类类器官的全部潜力，需要解决关键的挑战(图1c)。最迫切的是，我们需要更好的表征和验证类器官是否可以作为人类生物学的忠实模型。这需要信息丰富的高通量分析化验，以及细胞组成、细胞分化、细胞状态和刺激反应的质量标准的定义。未来的经过严格鉴定的人类类器官目录应包括广泛的复制，以量化技术和生物来源的变异。此外，纳入遗传多样性将有助于评估人群中的个体间变异。
当前的类器官协议，虽然对许多应用有用，但是仍然有相关的技术和概念上的限制。例如，类器官可能不能忠实地代表原代组织中细胞类型的多样性(包括免疫细胞和基质等非实质细胞) ，而且它们在解释环境暴露和生物体衰老对人体器官的影响方面能力有限。重要的是要开发类器官健壮性的技术方案，产生具有适当组织结构、分化细胞、血管形成、免疫细胞浸润的类器官，对于某些器官(例如皮肤和肠道) ，甚至要包含微生物组。此外，我们仍在学习如何最有效地利用类器官来发现生物学(例如，通过遗传和药理学的扰动) ，以及如何利用它们来开发药物和个体化医学。
单细胞测序和空间剖析在解决这些问题中起着关键作用(图1d)。类器官和类器官发育的全面分子图谱可以前所未有地详细揭示细胞状态和转录调控程序，并与相应的人体组织进行比较，为评估类器官提供了强有力的新途径。单细胞表观基因组和转录组分析，可以对类器官中的细胞组成和细胞状态进行定量的高维度的评估。空间剖面分析鉴定了组织结构和三维结构的特征。这些方法还加强了类器官质量控制(例如，识别异常值、缺失细胞类型或异常基因调控) ，并可为以疾病为中心的研究提供参考图谱。此外，类器官和相应的体外组织样本的分子图谱的对比分析，可以指导新的和改进类器官协议的研发，例如，通过确定缺失的细胞群或类器官中细胞分化的瓶颈。最后，单细胞技术为功能实验和在人类器官中测试的基因或药理学扰动提供了强大和可扩展的读数。
为了证明将人类类器官与单细胞技术相结合的可行性和实用性，我们发起了一个类器官细胞图谱的试点项目，作为人类细胞图谱(HCA)4,5,6中的一个‘生物网络’ ，侧重于类器官和复杂体外系统的单细胞表征( http://www.humancellatlas.org/coordinators )。类器官细胞图谱将促进人类类器官单细胞和空间基因组数据的生产、质量控制、传播和利用，并将此类数据集与人类细胞图谱中原代组织的全面细胞图谱联系起来。建立类器官细胞图谱的第一步最近得到了欧盟地平线2020的资助，该项目呼吁采取“试点行动建立人类细胞图谱的基础” ，其中包括“ HCA | Organoid”项目( http://HCA-Organoid.eu )。
HCA 内的类器官细胞图谱类器官细胞图谱将是 HCA 的基石。创建所有人类细胞的全面参考图是HCA项目的核心任务，可以作为了解人类健康以及诊断、监测和治疗疾病的基础。就像人类基因组计划一样，HCA 有望在生物医学领域产生重大影响，尤其是在精准医学和再生生物学领域。人类类器官在 HCA中将具有重要意义，类器官可以作为原代组织样本的补充，因为它们用一个容易扰动的模型进行功能研究，同时类器官也受益于相应人体组织的对比分析。
单细胞分析在类器官研究中的首次应用，包括对小鼠肠道类器官和人脑类器官所有细胞类型的单细胞 RNA-seq 测序分析。其他开拓性的研究揭示了复杂的细胞网络，并使用单细胞分析的结果来改进类器官产生机制。这些初步报告确定了类器官发育、人体原代组织和体内器官发生之间惊人的相似之处，这加强了类器官在体外研究人体生物学的潜力。
为了全面发挥单细胞分析和类器官技术之间的协同增效作用，仿效其他专门细胞图谱的范例，如儿科细胞图谱和人类肿瘤细胞图谱，类器官细胞图谱项目的启动，与人类细胞图谱HCA领导层经过了密切的协调。Organoid Cell Atlas 是一个开放的协作网络，追求四个相辅相成的方向: 第一，鼓励人类类器官的单细胞特征标准化; 第二，通过 HCA 数据基础设施促进对类器官单细胞数据(和信息元数据)的访问; 第三，建立计算方法和工具，将类器官特征与相应的原始组织数据联系起来; 第四，利用类器官的 HCA 特征将类器官放入其生物学背景中。设想的数据集成将由一个称为 Organoid Cell Atlas Portal 的互动、公开可访问的基于网络的计算平台推动，该平台将以现有的 HCA 数据基础设施为基础并加以扩展。
类器官细胞图谱的初始版本欧盟地平线2020(EU H2020) HCA | Organoid 项目使我们能够在未来几年内建立第一版的 Organoid 细胞图谱，它可以作为一个更广泛的、协作性的全球倡议的核心。在这个试点项目中，我们正在生成一系列人类器官的单细胞转录组图谱、表观基因组图谱和详细的成像数据。对于结肠和大脑这两个器官，我们将从100个全基因组测序的个体中分离和鉴定类器官，以捕获正常的种群变异，并为疾病中心研究建立参考(图2a，b)。用户可以方便地查阅类器官的单细胞数据，以及类器官和人体原代组织单细胞数据之间的比较，这些数据将在类器官细胞图谱门户网站上提供，该网站正在与数据生成平行开发。
图2: 通过类器官细胞图谱，将类器官和原代组织样本中的单个细胞连接起来
类器官(左)和人类原代组织样本(右)的单细胞轮廓提供了互相补充的信息。来自类器官和原代组织的单细胞图谱之间的数据集成，使得在两种情况下研究同一细胞类型成为可能，允许每种方法发挥各自的优势。B，类器官细胞图谱门户网站将实现分析和解释来类器官的单细胞数据的关键功能，这些分析和解释将依据类器官对应的原代组织细胞的HCA 细胞图谱提供。
我们选择结肠和脑器官作为 HCA | Organoid 项目的两个重点领域，原因有三: 第一，结肠和脑是第一批有类器官的器官，所以已经有相对成熟的方案可用; 第二，结肠类器官来自原代体外样本的成体干细胞，而脑类器官来自多能细胞，因此跨越了类器官产生的两个主要来源; 第三，结肠和脑类器官已经被用于以疾病为中心的研究，这些类器官的大量的单细胞分析将促进生物医学应用。除了最初关注结肠和类脑器官外，HCA | Organoid 项目的设计使得大多数数据基础设施都是通用的，并且适用于其他类人类器官。我们积极寻求与其他项目合作，在其他类器官中进行系统的单细胞分析，以探索与类器官细胞图谱相互连接或整合的可能性。
类器官细胞图谱portal端口是欧盟 H2020 HCA | 类器官项目的中心目标。它将提供计算机基础设施和基于网络的web前端，使类器官的单细胞数据容易访问和分析。这项工作将建立在 HCA 现有的数据协调平台基础设施（http://Data.humancellatlas.org）之上，用于数据的提交、处理、注释和检索等 。类器官特有的关键特征将包括对类器官数据的互动探索，数据驱动的类器官功能实验，以及疾病类器官与正常类器官集合数据集的比较。
类器官细胞图谱门户网站还将提供类器官的单细胞图谱和 HCA 中相应的原代组织之间的交互式映射，应用算法进行数据集之间的细胞-细胞比对。这一功能将促进和鼓励使用类器官作为生物实验的模型，包括目标基因的识别以及相应的机理研究和药物开发。映射和数据整合还将以互动方式探索个体之间的正常变异(例如，由于共同的遗传差异) ，利用类器官作为原代组织中相应变异的模型。最后，在相应的原代组织数据的背景中，细胞-细胞比对将有助于分析和解释类器官的干扰试验。
我们将追求几个补充的战略，以确保类器官细胞图谱的数据将具有最高的质量和重复性。首先，我们将对产生类器官的实验工作流程的标准化和验证进行投资——例如，通过比较替代方案和评估技术和生物因素对结肠和脑类器官单细胞图谱的相对影响。其次，我们将促进 HCA 努力建立用于数据处理和数据注释的社区标准和软件基础设施——例如，确保与类器官的特定元数据结构兼容。第三，我们将发展和验证类器官和相应的原代组织之间，细胞灵活比对和比较的计算方法。最后，我们将实现交互式可视化工具，让类器官细胞图谱中的单细胞数据集的质控和探索性分析简单友好。
为了最大限度地发挥欧盟 H2020 HCA | Organoid 项目对更广科学社区的用途和影响，将尽快公布单细胞图谱，这符合 HCA 对数据共享的坚定承诺、地方道德法规和欧洲数据保护法。新建的类器官将通过 Hubrecht Organoid technology 作为一个“活的生物样品库”提供（肠道类器官），或者作为一套精确的方案从多能干细胞系PSC衍生而来（脑类器官）。此外，我们将在一系列以疾病为中心的试点研究中，评估和探索类器官细胞图谱的实用价值，利用单细胞转录(CROP-seq)进行 CRISPR 筛选，并利用从类器官细胞图谱中选出的脑器官建立遗传性癫痫的疾病模型。最后，我们致力于将类器官细胞图谱web端口开发成一个公共的、可持续的和广泛使用的基础设施，用于发现、访问、分析和解释类器官的单细胞数据。
未来方向随着科学技术的进步，人类正在成为重要的新生物学发现和治疗策略发展的领先“模式生物”。HCA 通过建立所有人类细胞的参考图谱来促进这种范式转变，并首次提供了人体详细的分子图像。体外模型，如类器官，将是这些努力的有益补充，使研究人员能够剖析和系统性的扰动人类生物系统。在 HCA 方面，EU H2020 HCA | Organoid 项目致力于在两年内建立一个实用且易于扩展的 Organoid Cell Atlas 初始版本，同时还需要开展广泛的进一步工作，以最大限度地扩大 Organoid Cell Atlas 对基础生物学和生物医学应用的影响。除了最初对结肠和大脑的关注之外，Organoid Cell Atlas 将通过 HCA 数据基础设施并与其他 HCA 生物网络合作，整合来自其他类器官和器官系统的数据集。
类器官细胞图谱的任务是通过支持和加速诸如罕见遗传疾病、复杂多因子疾病和精确肿瘤学等领域的以疾病为中心的研究，推动生物医学发现和再生疗法的开发。要实现这一总体目标，可以创造一个开放和包容的研究环境，促进广大感兴趣的研究人员之间的协作，搭建社区桥梁，整合类器官和单细胞技术方面的专门知识。
