由于一种名为Moscot（“多组学单细胞最优传输”）的开创性技术，研究人员现在可以同时观察数百万个细胞在形成新器官（如胰腺）时的情况。这一非凡的技术是由一个以赫尔姆霍茨慕尼黑为首的国际科学家团队开发的，并发表在著名期刊《自然》上。
过去，生物学家对细胞在其自然环境中生长的过程理解有限，特别是在胚胎形成器官期间。“现有的方法仅提供少量细胞的快照，或者未能联系起随时间和空间发生的动态过程，”该研究的主要作者、多伦多大学计算生物学研究所博士候选人、多伦多大学的研究员多米尼克·克莱因（Dominik Klein）解释道。“这严重限制了我们对器官发育及各种疾病机制中复杂相互关系的理解。”
Moscot 绘制了细胞在器官和生物体中的发展
多米尼克·克莱因与一个跨学科团队，包括乔瓦尼·帕拉（Giovanni Palla, 赫尔姆霍茨慕尼黑）、马里乌斯·朗格（Marius Lange, 苏黎世联邦理工学院）、米哈乌·克莱因（Michal Klein, 苹果）以及佐伊·皮兰（Zoe Piran, 耶路撒冷希伯来大学）共同创建了Moscot。这个项目建立在一个18世纪的理论基础上，这个理论被称为最优传输，解释了如何以最有效的方式移动物品以节省时间、能量或资源。最初，将该理论应用于两个细胞群体非常复杂，因为生物医学数据的大小限制。然而，人工智能的进展，特别是受到共同作者马尔科·库图里（Marco Cuturi, 苹果）的显著帮助，解决了这个挑战。“我们已经细化了我们的数学模型，以准确描绘细胞在其发育过程中的分子细节和位置。最优传输理论增强了我们对细胞迁移、演变和状态变化的理解，”克莱因解释道。这一突破使研究人员能够以前所未有的精度同时观察数百万个细胞。
Moscot提供了组织内单个细胞的详细映射，对于理解动态生物过程至关重要。它在时间上连接了数百万个细胞，将基因表达的变化与细胞的决策联系起来。Moscot的目标是使用复杂的算法分析庞大的数据集，同时为生物学家提供一个便捷的界面。此外，Moscot一次性捕获大量细胞的分子状态，追踪它们在时空中的发展。首次使用该方法可以更深入地洞察整个活体器官和生物体内复杂的细胞过程。
胰腺和糖尿病研究中的新发现
Moscot的使用为胰腺研究带来了重大见解：研究团队有效地绘制了胰腺中产激素细胞的发展，利用了各种测量结果。基于这些发现，科学家们现在可以进一步研究糖尿病背后的机制。“对细胞过程的新视角为针对疾病根本原因的靶向治疗打开了新途径，而不仅仅是针对其症状，”赫尔姆霍茨慕尼黑糖尿病与再生研究所所长、以及研究的共同主笔之一海科·利克特（Prof. Heiko Lickert）教授指出。
医学研究的里程碑
赫尔姆霍茨慕尼黑计算生物学研究所所长、慕尼黑工业大学教授法比安·泰斯（Fabian Theis）强调了Moscot对生物医学研究的重要性：“Moscot正在重新定义我们如何解读和利用生物数据。它不仅使我们能够详细捕捉细胞发育的动态，还能准确预测疾病进展，旨在实现个性化治疗策略。”
对泰斯来说，Moscot是跨学科合作力量的证明：“数学与生物学的成功结合凸显了跨领域合作在实现真正科学突破中的重要作用。我们与赫尔姆霍茨糖尿病中心海科·利克特团队的紧密合作使我们能够通过实验验证Moscot的预测。”
了解更多：moscot-tools.org
