6月21日，Science雜志上發(fā)表了一篇名為Three-dimensional intact-tissue sequencing of single-cell transcriptional states. Science. 2018 Jun 21. pii: eaat5691的文章：

我們看一下文章的投稿和接收時(shí)間點(diǎn)：

是不是很快？文章的通訊作者是大名鼎鼎的斯坦福大學(xué)的Karl Deisseroth教授：

我們可以看看Karl Deisseroth的文章：

紅框里面是2017年發(fā)表的12篇文章，除了7篇CNS外，還有Science Translational Medicine，Neuron這樣的頂級(jí)期刊，以及一篇“被鎮(zhèn)壓”的Scientific Reports文章。

關(guān)于Karl Deisseroth，我們可以從大家比較熟悉的張峰來(lái)簡(jiǎn)單看一下：

“2004 年，張鋒來(lái)到斯坦福大學(xué)申請(qǐng)就讀研究生。他原本想要拜訪諾獎(jiǎng)得主朱棣文(Steven Chu)，卻陰差陽(yáng)錯(cuò)地碰到了剛剛擁有自己實(shí)驗(yàn)室的 Karl Deisseroth。經(jīng)過(guò)短暫溝通之后，Zhang 對(duì) Deisseroth 的課題非常感興趣，Deisseroth 也對(duì)張鋒在化學(xué)和物理方面的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)留下了深刻印象，他盡力說(shuō)服張鋒加入在自己新建的實(shí)驗(yàn)室。他們的合作促成了一個(gè)全新的領(lǐng)域，也就是大名鼎鼎的光遺傳技術(shù)(optogenetics)，利用光學(xué)刺激和來(lái)自水藻的光敏感蛋白精密控制大腦神經(jīng)元活動(dòng)。這為最終理解大腦如何工作，如何產(chǎn)生意識(shí)和情感，又如何在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)生故障提供了阿拉丁神燈一般的強(qiáng)有力工具，也使得他們?cè)谀X科學(xué)(brain science)的發(fā)展史上深深地刻下了自己的名字，并因此榮獲了2012Perl-UNC Neuroscience Prize 和 2014 Alan T. Waterman Award 。”

除了光遺傳學(xué)技術(shù)外，Karl Deisseroth還有一個(gè)非常牛的技術(shù)：CLARITY（(Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging/Immunostaining/In situ hybridization-compatible Tissue-hydrogel）：

該技術(shù)通過(guò)化學(xué)處理方法可以讓整個(gè)大腦變得“透明”，這樣科研人員就可以對(duì)大腦的結(jié)構(gòu)進(jìn)行非常精細(xì)的三維立體觀察，更重要的是，它能保證大腦中最重要的組成部分保持在原位。每一個(gè)神經(jīng)元、蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸(DNA)鏈以及化學(xué)信號(hào)物質(zhì)都鎖定在原來(lái)的位置，做了標(biāo)記的分子能輕松地進(jìn)行檢測(cè)。有助于了解大腦各部結(jié)構(gòu)與各種大腦功能之間的關(guān)系，將大腦各個(gè)解剖結(jié)構(gòu)與腦功能一一對(duì)應(yīng)、并聯(lián)系起來(lái)。

另外這篇Science的一作是XIAO WANG：

大家有沒(méi)有看到一個(gè)熟悉的名字——何川（Chuan He），另外一位RNA甲基化研究領(lǐng)域的大神（關(guān)于RNA甲基化，我們寫過(guò)一些文章：一文了解RNA甲基化的來(lái)龍去脈，RNA甲基化研究必看的10篇經(jīng)典綜述與高分文章等）。

好，背景就介紹到這里，下面我們看一下這篇Science文章做了哪些工作。

首先是STARmap (Spatially-resolved Transcript Amplicon Readout Mapping)這個(gè)技術(shù)的流程：

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對(duì)腦組織進(jìn)行原位單細(xì)胞測(cè)序，大致包括了：（1）實(shí)體組織細(xì)胞通過(guò)SNAIL探針進(jìn)行原位雜交和擴(kuò)增、（2）hydrogel（水凝膠）固定和cDNA文庫(kù)構(gòu)建以及（3）3D成像和序列讀取這三個(gè)步驟，這個(gè)技術(shù)整合了水凝膠組化（hydrogel-tissue chemistry），靶向信號(hào)擴(kuò)增（targeted signal amplification）和原位測(cè)序（in situ sequencing）三個(gè)技術(shù)，能把組織的3D結(jié)構(gòu)和細(xì)胞類型及基因表達(dá)綜合起來(lái)，得到某塊組織中細(xì)胞類型的空間分布和基因表達(dá)圖譜：

大腦初級(jí)視皮層組織的細(xì)胞類型的空間分布，不同顏色表示不同的細(xì)胞類型，L1-L6是6個(gè)新皮層（neocortical layers）

活性調(diào)節(jié)基因 EGR1在光刺激后視覺(jué)皮質(zhì)不同皮層的表達(dá)

另外，在這篇文章中，研究團(tuán)隊(duì)還將STARmap進(jìn)行改進(jìn)，以能夠快速的對(duì)大體積腦組織進(jìn)行成像：

好的，文章本身就介紹到這里，希望有一天能把人類大腦100多億的神經(jīng)細(xì)胞3D圖譜解構(gòu)出來(lái)！

最后是浙大神經(jīng)所王博士對(duì)這篇文章的評(píng)論：

傳統(tǒng)的單細(xì)胞測(cè)序只能提供給我們某個(gè)腦區(qū)單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄圖譜，我們并不能知道它們?cè)谀X區(qū)中的準(zhǔn)確位置及與其他細(xì)胞之間有何聯(lián)系，原位單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的不同腦區(qū)、各個(gè)細(xì)胞層的、不同類型的神經(jīng)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄圖譜的解析；

傳統(tǒng)的單細(xì)胞測(cè)序流程

同時(shí)，由于神經(jīng)細(xì)胞含有軸突及豐富的樹(shù)突，而軸突和樹(shù)突中含有與學(xué)習(xí)記憶、不同神經(jīng)疾病等密切相關(guān)的mRNA。若用傳統(tǒng)的細(xì)胞消化技術(shù)進(jìn)行單細(xì)胞的分離，軸突和樹(shù)突就會(huì)從胞體上被消化下來(lái)，從而造成大量重要信息的丟失。理論上來(lái)講，原位單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)能全方位的解析大腦中各個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的所有mRNA，更有利于人們了解學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)及不同神經(jīng)疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

總的來(lái)說(shuō)，行家一出手便知有沒(méi)有，當(dāng)我們自己在最熟悉的領(lǐng)域苦苦掙扎，幻想什么時(shí)候能發(fā)篇CNS的時(shí)候；當(dāng)我們還在猜測(cè)Karl Deisseroth能不能因?yàn)楣膺z傳技術(shù)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，人家已經(jīng)在最新最熱門的領(lǐng)域開(kāi)疆?dāng)U土，笑傲江湖了。唉！不服不行?。。?/p>