01 Nature：2024 最佳科學(xué)圖片
2024 年 12 月 13 日，頂刊 Nature 公布了 2024 年度最佳科學(xué)圖片（The best science images of 2024 — Nature’s picks）。
圖 1：Nature 評(píng)選最佳科學(xué)圖片專題
（來源：參考文獻(xiàn) [1]）
在眾多作品中，一張來自 Natalia Pardo Lorente / 基因組調(diào)控中心（CRG）的類器官染色圖片成功入選。該類器官來自于人多能結(jié)腸細(xì)胞，線粒體酶亞甲基四氫葉酸脫氫酶 2（MTHFD2）被染成紅色，輔助揭示了該代謝酶的“第二職業(yè)”（second jobs）。
MTHFD2 主要定位于線粒體內(nèi)，與生長及增殖相關(guān)。其細(xì)胞核和染色質(zhì)定位已在一系列癌細(xì)胞系中報(bào)道，但未得到良好的表征與功能闡述。CRG 研究團(tuán)隊(duì)使用患者來源的結(jié)腸癌類器官及患者來源的多能健康結(jié)腸類器官，染色定位 MTHFD2 于多能健康結(jié)腸類器官的細(xì)胞核中，并繼而確認(rèn)其在細(xì)胞核中的“第二職業(yè)”與活躍的增殖細(xì)胞狀態(tài)相關(guān)，且該功能不局限于癌癥譜系 [2]。
圖 2：Nature 關(guān)于該類器官圖片的專題介紹
（來源：參考文獻(xiàn) [1]）
除 MTHFD2 外，CRG 還發(fā)現(xiàn)，多種負(fù)責(zé)能量產(chǎn)生和核苷酸合成的代謝酶也參與細(xì)胞分裂和 DNA 修復(fù)等“第二職業(yè)”。該結(jié)果表明，線粒體、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核等區(qū)室之間的邊界和功能并不像傳統(tǒng)認(rèn)知中存在嚴(yán)格劃分，是對(duì)細(xì)胞生物學(xué)中長期存在的生物學(xué)范式的挑戰(zhàn)，為癌癥治療開辟了新的思路。
作為功能相近、結(jié)構(gòu)相似的體外 3D 模型，類器官已經(jīng)成為追蹤、研究酶等生物大分子生理功能的重點(diǎn)平臺(tái)。本次 Nature 沒有選擇論文中的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)圖，而是以更直觀的類器官染色圖作為年度最佳科學(xué)圖片代表，可視為對(duì)類器官作為模型平臺(tái)的直觀性和重要性的強(qiáng)調(diào)與鼓勵(lì)。
02 《全球工程前沿 2024》
12 月 18 日，中國工程院與科睿唯安及高等教育出版社在京聯(lián)合發(fā)布《全球工程前沿 2024》（下稱《前沿》）。依托中國工程院 9 個(gè)學(xué)部，基于數(shù)據(jù)庫論文數(shù)據(jù)挖掘聚類，參考業(yè)內(nèi)專家提名，《前沿》共遴選出農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、化工冶金與材料工程等 9 大領(lǐng)域 92 項(xiàng)全球工程研究前沿和 92 項(xiàng)全球工程開發(fā)前沿。
圖 3：《全球工程前沿 2024》發(fā)布
（來源：參加文獻(xiàn) [3]）
其中，醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域，“全組織細(xì)胞圖譜”入選工程研究前沿。“生物工程器官”及“腫瘤類器官芯片在藥物篩選中的應(yīng)用”共同入選工程開發(fā)前沿。
圖 4：醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域遴選結(jié)果
（來源：參考文獻(xiàn) [3]）
Nature 專題報(bào)道人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃
2024 年年初，Nature 便將人類細(xì)胞圖譜（HCA）計(jì)劃列入“本年度最值得期待的 7 大技術(shù)”（Seven Technologies to Watch in 2024）中。該計(jì)劃從 2016 年起由英國細(xì)胞生物學(xué)家 Sarah Teichmann 和 Aviv Regev 發(fā)起，共投入近 100 個(gè)國家約 3000 名科學(xué)家的努力，使用匯集了來自逾萬名捐贈(zèng)者的組織，旨在全面揭示人類細(xì)胞的多樣性和復(fù)雜性 [4]。
圖 5：人肺的細(xì)胞圖譜
（來源：參考資料 [4]）
2024 年 11 月，HCA 初稿以專題形式在 Nature 及系列子刊同步發(fā)布了第一批 40 余篇論文，報(bào)道了骨骼、胎盤、大腦、胸腺、肺、血管、腸道等器官或系統(tǒng)的分析結(jié)果與發(fā)現(xiàn) [5]。
圖 6：Nature 以封面形式重磅報(bào)道 HCA 草圖結(jié)果
（來源：Nature 官網(wǎng)）
其中，腦科學(xué)領(lǐng)域以論文 “An intergrated transcriptomic cell atlas of human neural organoids” 發(fā)表了迄今為止最完整最大規(guī)模的人神經(jīng)類器官細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜 [6]。該研究使用人多能干細(xì)胞（hiPSC）產(chǎn)生的人神經(jīng)類器官，通過整合 6 個(gè)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，26 種不同的類器官培養(yǎng)方案，匯總得到細(xì)胞圖譜涵蓋超 170 萬個(gè)細(xì)胞，可協(xié)助注釋多種細(xì)胞類型及神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型，為臨床研究鋪平了道路。
圖 7：來自人類神經(jīng)類器官的單細(xì)胞數(shù)據(jù)
（來源：參考資料 [5]）
此外，英國科學(xué)家也使用 hiPSC 和人胚胎干細(xì)胞（hESC）來源的皮膚類器官首次創(chuàng)建了產(chǎn)前人類皮膚的單細(xì)胞時(shí)空?qǐng)D譜，助力皮膚發(fā)育的機(jī)制解讀與病理探究 [7]。
預(yù)計(jì)第一版完整的 HCA 將于 2026 年正式完成。未來，作為可在體外模擬反饋體器官結(jié)構(gòu)功能的模型，類器官還將繼續(xù)助力細(xì)胞圖譜的探索與構(gòu)建。
參考資料
1.2024年度最佳科學(xué)圖片
2.Pardo-Lorente, Natalia et al. “Nuclear localization of MTHFD2 is required for correct mitosis progression.” Nature communications vol. 15,1 9529. 12 Nov. 2024, doi:10.1038/s41467-024-51847-z
3.【年度重磅】科睿唯安、中國工程院、高等教育出版社聯(lián)合發(fā)布《2024全球工程前沿》
4.Seven Technologies to Watch in 2024
5.Nature關(guān)于HCA的專題報(bào)道
6.He, Zhisong et al. “An integrated transcriptomic cell atlas of human neural organoids.” Nature vol. 635,8039 (2024): 690-698. doi:10.1038/s41586-024-08172-8
7.Gopee, Nusayhah Hudaa et al. “A prenatal skin atlas reveals immune regulation of human skin morphogenesis.” Nature vol. 635,8039 (2024): 679-689. doi:10.1038/s41586-024-08002-x