แผนที่แอตลาสใหม่แสดงเซลล์ลำไส้ของมนุษย์ 1.6 ล้านเซลล์อย่างละเอียดด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อน

แผนที่เซลล์ลำไส้ของมนุษย์ที่ครอบคลุมที่สุดจนถึงปัจจุบันได้ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมข้อมูลเชิงพื้นที่และนิวเคลียสเดี่ยวจากเซลล์ 1.6 ล้านเซลล์

การทำแผนที่เซลล์ในลำไส้จะช่วยให้เข้าใจถึงสิ่งที่เกิดขึ้นในโรคต่างๆ เช่น มะเร็งลำไส้และโรคลำไส้อักเสบ (IBD) ได้ดียิ่งขึ้น นักวิจัยจากสถาบันแซงเกอร์และเพื่อนร่วมงานใช้แผนที่เพื่อระบุบทบาทใหม่ของเซลล์ในลำไส้บางชนิดที่อาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับวงจรการอักเสบในบางคน ซึ่งทำให้เกิดความเจ็บปวดและไม่สบายตัว

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Natureอธิบายว่าทีมงานได้รวมชุดข้อมูลระบบทางเดินอาหารของมนุษย์แบบแกนเดียวมากกว่า 25 ชุดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแหล่งข้อมูลระบบทางเดินอาหารที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่สามารถเข้าถึงได้ฟรี แหล่งข้อมูลนี้ประกอบด้วยตัวอย่างจากทั้งบุคคลที่มีสุขภาพแข็งแรงและผู้ที่ป่วยด้วยโรคต่างๆ

ความหมายของแผนที่เซลล์ลำไส้

จากการเข้าใจโครงสร้างของลำไส้ในด้านสุขภาพและโรคต่างๆ ที่ดีขึ้น นักวิจัยสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงสำคัญที่อาจเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคต่างๆ เช่น โรคลำไส้ใหญ่อักเสบเรื้อรังและโรคโครห์น ตลอดจนค้นพบเป้าหมายใหม่ๆ สำหรับการพัฒนายา

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของชุดสิ่งพิมพ์ (Nature Portfolio) ที่เกี่ยวข้องกับโครงการ Human Cell Atlas ซึ่งแสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับร่างกายมนุษย์ การศึกษาเหล่านี้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับประเด็นสำคัญของชีววิทยาด้านการพัฒนา สุขภาพ และโรค และมีส่วนสนับสนุนการพัฒนาเครื่องมือวิเคราะห์ที่จะช่วยในการพัฒนาแผนที่เซลล์ของมนุษย์

ระบบทางเดินอาหารประกอบด้วยอวัยวะที่ทำหน้าที่ย่อยอาหารตั้งแต่ปากไปจนถึงทวารหนัก ทำหน้าที่สำคัญ เช่น ดูดซับสารอาหารและปกป้องร่างกายจากเชื้อโรค โรคระบบทางเดินอาหารส่งผลกระทบต่อผู้คนนับล้านทั่วโลก ตัวอย่างเช่น โรคลำไส้ใหญ่อักเสบเรื้อรังและโรคโครห์นส่งผลกระทบต่อผู้คนมากกว่า 7 ล้านคน โรคเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือ ปวดท้อง ท้องเสีย เลือดออกทางทวารหนัก อ่อนล้า และปัญหาข้อต่อ

มะเร็งลำไส้หรือมะเร็งทวารหนัก เป็นมะเร็งที่พบบ่อยเป็นอันดับสี่ในสหราชอาณาจักร โดยมีผู้ป่วยได้รับการวินิจฉัยเกือบ 43,000 รายต่อปี มีผู้ป่วยทั่วโลกประมาณสองล้านราย

การสร้างทรัพยากรที่สอดประสานกัน

เนื่องจากโรคเหล่านี้มีความสำคัญ จึงได้มีการศึกษาโครงสร้างเซลล์ทางเดินอาหารในนิวเคลียสเดี่ยวจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม ข้อมูลและวิธีการที่กระจัดกระจายทำให้ผู้วิจัยภายนอกไม่สามารถใช้ทรัพยากรเหล่านี้ได้

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้พัฒนาเครื่องมือประสานข้อมูล ซึ่งจะสร้างแหล่งข้อมูลเซลล์ลำไส้ที่ได้มาตรฐานซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ เครื่องมือนี้ยังสามารถนำไปใช้กับอวัยวะอื่นๆ เพื่อการวิจัยเพิ่มเติมได้อีกด้วย

แอตลาสที่ได้ประกอบด้วยชุดข้อมูล 25 ชุดและประกอบด้วยเซลล์ 1.6 ล้านเซลล์ที่มีนิวเคลียสเดี่ยวและข้อมูลเชิงพื้นที่ ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับประเภทของเซลล์ ตำแหน่งของเซลล์ และการโต้ตอบกับสิ่งแวดล้อม แอตลาสประกอบด้วยข้อมูลจากบุคคลที่มีสุขภาพดี ตลอดจนผู้ป่วยมะเร็งกระเพาะอาหารและลำไส้ใหญ่ โรคซีลิแอค โรคลำไส้ใหญ่อักเสบ และโรคโครห์น

การค้นพบบทบาทใหม่ของเซลล์

ทีมวิจัยได้ค้นพบเซลล์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่าเซลล์เมตาพลาเซียของลำไส้ ซึ่งอาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับการอักเสบ เซลล์เหล่านี้ซึ่งโดยปกติจะเกี่ยวข้องกับการซ่อมแซมเยื่อบุกระเพาะอาหาร มีลักษณะทางพันธุกรรมคล้ายคลึงกับเซลล์ระบบทางเดินอาหารอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ นักวิทยาศาสตร์คาดเดาว่าการอักเสบใน IBD ทำให้เซลล์เหล่านี้เปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้การอักเสบเพิ่มมากขึ้น

การประยุกต์ใช้แอตลาส

แอตลาสมีให้ใช้งานฟรี และมีการพัฒนากระบวนการใหม่เพื่อให้สามารถเพิ่มข้อมูลการวิจัยในอนาคตได้ ซึ่งจะสร้างแหล่งข้อมูลที่เป็นพลวัตและเข้าถึงได้สำหรับนักวิทยาศาสตร์

ดร. อแมนดา โอลิเวอร์ ผู้เขียนคนแรกจากสถาบันแซงเกอร์ กล่าวว่า
"ข้อมูลเชิงพื้นที่และนิวเคลียสเดี่ยวให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นเอกลักษณ์เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ในลำไส้ ช่วยให้เข้าใจการทำงานของร่างกายมนุษย์ได้ดีขึ้น เราหวังว่านักวิจัยจะใช้ทรัพยากรนี้ต่อไปและเพิ่มข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์"

ดร. ราซา เอลเมนเต ผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าวเสริมว่า
"แผนที่แบบบูรณาการนี้ประกอบด้วยข้อมูลจำนวนมหาศาล ช่วยให้เราสามารถระบุชนิดของเซลล์ก่อโรคที่อาจเป็นเป้าหมายสำหรับการแทรกแซงในอนาคตได้"

ศาสตราจารย์ซาราห์ ไทชมันน์ ผู้ก่อตั้งร่วมของ Human Cell Atlas กล่าวว่า
"แผนที่นี้แสดงให้เห็นถึงสิ่งที่สามารถบรรลุได้ผ่านความร่วมมือแบบเปิดกว้างระหว่างนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลก แผนที่นี้เป็นเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับการทำความเข้าใจโรคต่างๆ และการพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ"