【科研突破】科学家们近日揭晓了迄今为止最为详尽的人类心脏发育细胞图谱，这一重大成果借助尖端科技手段绘制而成，揭示了前所未见的心脏细胞类型及它们在心脏内部结构形成中的精密组织方式。这项研究已在《自然》杂志上发表，引起了广泛关注。在这份包含了75种不同类型心脏细胞的图谱中，不仅记录了心脏瓣膜独特的细胞类型，还描绘了驱动心跳的肌肉细胞群落，这些均为科学界此前未曾观察到的细节。该图谱生动展示了这些细胞如何在子宫内巧妙地组装成复杂而有序的心脏内部构造，并进一步揭示了不同细胞群体在心脏发育过程中错综复杂的相互作用机制。
加州大学圣地亚哥分校尼尔·奇实验室的博士后研究员、本研究的第一埃利·法拉博士激动地表示：“此次研究就像使用谷歌地图放大至单个房屋一样，首次以高分辨率呈现了心脏细胞如何精准构建出各种心脏结构的过程。”
为了实现这一科研壮举，法拉及其团队利用了来自加州大学圣地亚哥分校围产期生物库捐赠的人类胎儿心脏样本，选取了第9周至第16周这一关键发育阶段的心脏进行研究，此时的心脏已从简单的管状结构发展为四个腔室，尽管体积远小于成人的心脏。
科研人员运用了包括单细胞RNA测序在内的多种先进技术。通过分析细胞内的RNA遗传物质，他们能精确识别各类心脏细胞。另一项关键技术——多重抗误差矫正荧光原位杂交技术（MERFISH），由庄小威博士和哈佛大学David B. Arnold教授实验室共同研发，朱泉博士（音译）于2019年将其引入本项目，使得研究团队能够同时检测并量化每个细胞中数百个基因的RNA转录本，并记录下细胞在器官中的精确解剖位置。
朱泉博士携手尼尔·奇实验室，率先将MERFISH技术应用于人类心脏发育研究，在单细胞空间分辨率层面取得了突破性进展。得益于此，他们的研究成果能捕捉到胎儿心脏内单个细胞的特性和坐标，揭示了成人心脏中未发现的、仅存在于发育中心脏的独特细胞类型，以及左右心室早期发育差异的具体机制。
此外，研究小组还对整个心脏进行了深入分析，并结合小鼠基因研究和基于人类干细胞的实验室实验，探究了不同类型细胞间的交流如何驱动心脏内部结构的形成与发展。例如，他们揭示了心室肌肉细胞、成纤维细胞以及内皮细胞之间的互动如何影响心室壁的构造。
德国Max Delbrück中心的诺伯特·赫·伯纳教授对此评价道：“这篇论文具有里程碑意义，其在单细胞水平上解析RNA的方法可以作为理解器官功能和识别临床相关细胞状态及微环境的典范。”他还强调，这份心脏发育综合图谱对于先天性心脏病的研究及再生医学领域中针对心肌丢失或功能障碍的治疗方法具有极其重要的指导价值。
尽管当前发布的图谱在细节上已经达到了空前的高度，但科研团队并未停下探索的脚步。据埃利·法拉透露，未来他们计划建立一个完整的人类心脏发育3D模型，并进一步追踪心脏随时间动态变化的过程，旨在创作一部“人类心脏发育4D地图集”，犹如一部关于心脏发育过程的电影，这将极大地促进科学家们对这一生命关键进程的理解。
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