Ny atlas kartlägger 1,6 miljoner mänskliga tarmceller i detalj med en aldrig tidigare skådad noggrannhet

Den hittills mest omfattande kartan över mänskliga tarmceller har skapats genom att kombinera rumsliga data och data från en enda cellkärna från 1,6 miljoner celler.

Kartläggning av tarmceller skulle kunna ge mer insikt i vad som händer vid sjukdomar som tarmcancer och inflammatorisk tarmsjukdom (IBD). Med hjälp av atlasen har forskare vid Sanger Institute och deras kollegor identifierat en ny roll för en viss tarmcell som kan vara involverad i en inflammationscykel hos vissa människor, vilket orsakar smärta och obehag.

Studien, som publicerades i tidskriften Nature, beskriver hur teamet kombinerade mer än 25 enkärniga datamängder om mänsklig gastrointestinal (GI) för att skapa världens största fritt tillgängliga dataresurs för tarmsystemet. Denna resurs inkluderar prover från både friska individer och de som lider av olika sjukdomar.

Betydelsen av tarmcellskartan

Genom att bättre förstå tarmens struktur vid hälsa och sjukdom kan forskare identifiera viktiga förändringar som kan vara förknippade med uppkomsten av sjukdomar som ulcerös kolit och Crohns sjukdom, samt upptäcka nya mål för läkemedelsutveckling.

Denna artikel är en del av en serie publikationer (Nature Portfolio) kopplade till projektet Human Cell Atlas, vilka representerar betydande framsteg i vår förståelse av människokroppen. Dessa studier belyser viktiga aspekter av utvecklingsbiologi, hälsa och sjukdom, och bidrar till utvecklingen av analysverktyg som kommer att underlätta utvecklingen av en atlas över mänskliga celler.

Mag-tarmkanalen omfattar de organ som ansvarar för matsmältningen, från munnen till anusen. Den utför viktiga funktioner som att absorbera näringsämnen och skydda mot patogener. Mag-tarmsjukdomar drabbar miljontals människor världen över. Till exempel drabbar ulcerös kolit och Crohns sjukdom mer än 7 miljoner människor. Dessa sjukdomar kännetecknas av symtom som buksmärtor, diarré, rektal blödning, trötthet och ledproblem.

Tarmcancer, även känd som kolorektal cancer, är den fjärde vanligaste cancerformen i Storbritannien, med nästan 43 000 personer som diagnostiseras varje år. Det finns cirka två miljoner fall världen över.

Skapa en harmoniserad resurs

På grund av dessa sjukdomars betydelse har många studier av mag-tarmcellernas struktur med en enda cellkärna genomförts. Fragmenterade data och metoder har dock gjort det svårt för externa forskare att använda dessa resurser.

För att åtgärda detta problem utvecklade forskarna ett verktyg för dataharmonisering, vilket skapar en standardiserad resurs av tarmceller som är tillgänglig för forskare runt om i världen. Verktyget kan också tillämpas på andra organ för vidare forskning.

Den resulterande atlasen kombinerar 25 datamängder och inkluderar 1,6 miljoner celler med data från en enda cellkärna och spatial data, vilket ger information om celltyper, deras placering och interaktioner med omgivningen. Atlasen innehåller data från friska individer såväl som patienter med mag- och kolorektal cancer, celiaki, ulcerös kolit och Crohns sjukdom.

Upptäckten av en ny roll för celler

Teamet upptäckte en typ av cell som kallas intestinala metaplastiska celler och som kan vara involverade i inflammation. Dessa celler, som normalt sett är involverade i att reparera magslemhinnan, uppvisade genetiska likheter med andra mag-tarmceller som är associerade med inflammation. Forskarna spekulerar i att inflammationen vid IBD orsakar förändringar i dessa celler, vilket ökar inflammationen.

Tillämpning av atlasen

Atlasen är tillgänglig kostnadsfritt, och nya processer har utvecklats för att möjliggöra tillägg av framtida forskningsdata, vilket skapar en dynamisk och tillgänglig resurs för forskare.

Dr Amanda Oliver, förstaförfattare vid Sanger Institute, sa:
”De rumsliga och enskilda cellkärndata ger unika insikter i hur tarmceller interagerar, vilket hjälper till att bättre förstå hur människokroppen fungerar. Vi hoppas att forskare kommer att fortsätta bygga vidare på denna resurs och lägga till nya insikter för att förbättra människors hälsa.”

Dr Rasa Elmentaite, medförfattare till studien, tillade:
”Denna integrerade atlas innehåller en enorm mängd data, vilket gör det möjligt för oss att identifiera patogena celltyper som skulle kunna vara måltavlor för framtida interventioner.”

Professor Sarah Teichmann, medgrundare av Human Cell Atlas, sa:
”Denna atlas visar vad som kan uppnås genom öppet samarbete mellan forskare från hela världen. Det är ett kraftfullt verktyg för att förstå sjukdomar och utveckla nya behandlingar.”