Recenzie recentă subliniază utilizarea tehnologiilor spațiale în cartografierea avansată a creierului
Înțelegerea modului în care modificările moleculare influențează funcția creierului și bolile asociate necesită metode care depășesc măsurarea genelor în țesuturi de volum mare.
Creierul conține populații celulare extrem de diverse, organizate în nișe anatomice și microambientale complexe, ceea ce face dificilă capturarea biologiei acestuia doar prin abordări convenționale.
Publicată în EXO – Beyond the Cell, o recenzie analizează modul în care progresele în multi-omicile la nivel de celulă și spațial ajută cercetătorii să abordeze această provocare prin integrarea mai multor straturi moleculare, păstrând în același timp contextul celular sau tisular.
Coordonată de cercetători de la Universitatea din Campinas (UNICAMP) și de la Universitatea Federală din São Paulo, împreună cu instituții colaboratoare din Brazilia, recenzia, intitulată „Single-Cell and Spatial Multi-omics for Mapping the Brain Across Molecular Layers,” examinează aplicațiile recente în transcriptomică, epigenomică, proteomică, metabolomică și profilare spațială.
Autorii subliniază cum multi-omicile la nivel de celulă pot revela relații de reglementare care sunt greu de rezolvat doar din date transcriptomice. De exemplu, în studiile privind boala Alzheimer, analizele integrate epigenomice și transcriptomice au corelat modificările în organizarea cromatinei cu vulnerabilitatea neuronală și progresia bolii. În cazul bolii Parkinson și al tulburărilor psihice, studiile multi-omice au contribuit la caracterizarea modificărilor specifice tipurilor de celule și regiunilor, implicând neuroni, microglie și oligodendrocite.
Tehnologiile spațiale adaugă o dimensiune critică suplimentară, arătând unde apar stările moleculare în cadrul țesutului. Abordările care variază de la platforme bazate pe secvențiere la imagistica de înaltă rezoluție și imagistica prin spectrometrie de masă pot ajuta la distingerea mediilor moleculare între regiunile cerebrale și nișele patologice. În accidentele vasculare cerebrale și alte afecțiuni neurologice, aceste informații spațiale au dezvăluit diferențe între nucleele leziunilor, regiunile peri-lezionale și țesutul relativ păstrat.
Recenzia subliniază de asemenea că o rezoluție mai mare nu se traduce automat printr-o înțelegere biologică mai bună. Biasul de disociere, variabilitatea țesutului postmortem, raritatea datelor, erorile de segmentare, acoperirea moleculară limitată, costurile ridicate și diferențele între liniile analitice pot afecta interpretarea și reproducibilitatea rezultatelor. Aceste provocări sunt deosebit de relevante în cazul creierului, unde procesele neuronale lungi și arhitectura tisulară complexă complică asocierea semnalelor moleculare cu celulele individuale.
Privind spre viitor, autorii identifică mai multe direcții emergente, inclusiv inteligența artificială pentru integrarea datelor cross-modal, proteomica și metabolomica la nivel de celulă, morfomicile și abordările spatiotemporale capabile să captureze procesele moleculare de-a lungul timpului. De asemenea, ei solicită o reprezentare mai mare a populațiilor biologice și de mediu diverse în seturile de date multi-omice.
În loc să privească multi-omicile doar ca o colecție de tehnologii din ce în ce mai sofisticate, recenzia evidențiază potențialul lor mai larg de a conecta starea moleculară, contextul spațial, fenotipul celular și progresia bolii, subliniind că fluxurile de lucru standardizate, reproducibilitatea, scalabilitatea și validarea independentă vor fi esențiale pentru a traduce aceste progrese în cercetarea neuroștiințifică și clinică.
