ด้วยทุนสนับสนุน 5 ปี 126 ล้านดอลลาร์จากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH) ทีมงานที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ของสถาบัน Salk ได้เปิดตัว Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas แห่งใหม่ ส่วนหนึ่งของการวิจัยสมองของ NIH ผ่านการริเริ่มทางนวัตกรรมทางประสาทวิทยา ® (BRAIN)โครงการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่ออธิบายเซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นสมองของมนุษย์ในรายละเอียดระดับโมเลกุลที่ไม่เคยมีมาก่อน แบ่งเซลล์สมองออกเป็นประเภทย่อยที่แม่นยำยิ่งขึ้น และระบุตำแหน่งของแต่ละเซลล์ใน สมอง. ยิ่งไปกว่านั้น ทีมงานจะติดตามว่าคุณลักษณะเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตั้งแต่ต้นจนถึงปลายชีวิต
เป้าหมายคือการทำความเข้าใจว่าสมองของมนุษย์ทำงานอย่างไรและอายุของระบบประสาทอย่างไร โครงการนี้ยังจะสร้างพื้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถเปรียบเทียบสมองกับสภาวะทางระบบประสาทหรือทางจิตเวช เช่น โรคอัลไซเมอร์ ออทิสติก ภาวะซึมเศร้า และอาการบาดเจ็บที่สมอง
“แผนที่สมองที่เราพัฒนาสามารถช่วยชี้นักวิจัยโรคไปในทิศทางที่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดได้ว่า ‘นั่นคือบริเวณของจีโนม ในส่วนย่อยเฉพาะของเซลล์ประสาท ในส่วนนั้นของสมอง ที่ซึ่งเหตุการณ์ระดับโมเลกุลผิดพลาด เพื่อทำให้เกิดโรคนั้น’” ศาสตราจารย์ โจเซฟ เอคเกอร์ หัวหน้าศูนย์ ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการวิเคราะห์จีโนมของสถาบันการแพทย์ Salk และ Howard Hughes Medical Institute กล่าว “และท้ายที่สุด ข้อมูลนี้อาจช่วยให้เราออกแบบยีนบำบัดที่กำหนดเป้าหมายเฉพาะกลุ่มเซลล์ที่ต้องการการรักษา โดยส่งยีนที่ถูกต้องไปยังที่ที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสม”
นอกจาก Ecker แล้ว Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas ยังรวมถึง Margarita Behrensศาสตราจารย์วิจัยที่ Salk, Bing Ren ที่ UC San Diego, Xiangmin Xu ที่ UC Irvine และ Ting Wang ที่ Washington University ใน St. Louis
Salk จะได้รับเงินทุนสนับสนุนประมาณ 77 ล้านดอลลาร์ ซึ่งจะทำให้เป็นทุนเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดที่สถาบันได้รับในประวัติศาสตร์ 62 ปี
จุดเริ่มต้น
Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ BRAIN Initiative Cell Atlas Network ใหม่ของ NIH สร้างขึ้นจากความพยายามห้าปีในการทำแผนที่สมองของหนู ซึ่งเป็นโครงการที่เรียกว่า BRAIN Initiative Cell Census Network ฉบับพิเศษของ Nature ที่ ตีพิมพ์ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2564 ได้อธิบายถึงผลลัพธ์ของความพยายามนั้น รวมถึงการจัดระเบียบและเชื่อมต่อเซลล์ประเภทต่างๆ ทั่วทั้งสมองของเมาส์
“คล้ายกับวิธีที่เราเรียนรู้เกี่ยวกับการเดินทางในอวกาศจากการเดินทางระยะสั้นไปยังดวงจันทร์ โครงการแผนที่สมองของเมาส์สอนเรามากมายเกี่ยวกับวิธีการเข้าถึงสมองที่ใหญ่กว่ามากและประเภทของข้อมูลจีโนมที่เราจะต้องสามารถทำแผนที่ได้อย่างแท้จริง สมองของมนุษย์” Behrens กล่าว “โครงการนี้เป็นตัวอย่างของการทำงานเป็นทีมที่ได้ผลในวิทยาศาสตร์—โครงการประเภทนี้ไม่สามารถทำได้ในห้องแล็บเดียว”
การทำแผนที่สมองมนุษย์
ใน Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas นักวิจัยจะตรวจสอบตัวอย่างสมอง 1,500 ตัวอย่าง (สมองมนุษย์ 30 ชิ้นในแต่ละช่วงอายุ 50 ภูมิภาค) ศูนย์นี้เกี่ยวข้องกับอีพีเจเนติกส์เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นเหตุการณ์ระดับโมเลกุลที่มีอิทธิพลต่อการที่ยีนถูก “เปิด” หรือ “ปิด” ในเซลล์ประเภทหนึ่งๆ หรือในช่วงเวลาหนึ่งๆ แทนที่จะเป็นลำดับทางพันธุกรรมของแต่ละเซลล์ ศูนย์จะพิจารณาด้วยว่าเซลล์ใดอาศัยอยู่ที่ใด สถานที่ตั้งมีความสำคัญเนื่องจากเซลล์ต่างๆ พูดคุยกัน Ecker กล่าว
สมาชิกในทีม UC Irvine จะจัดการการได้มาซึ่งตัวอย่างสมองเป็นหลัก นักวิทยาศาสตร์ของ Salk จะแยกแต่ละนิวเคลียสออกจากเซลล์แต่ละเซลล์ในแต่ละภูมิภาคและบันทึกรายละเอียดโมเลกุล เช่น สถาปัตยกรรมโครมาตินและเมทิลเลชันของดีเอ็นเอ (นั่นคือ โครงสร้าง 3 มิติของโครโมโซมและการดัดแปลงด้วยแท็กเคมี) ที่ UC San Diego ห้องทดลองของ Ren จะดูการดัดแปลงโครมาตินและการแสดงออกของยีน
“โดยพื้นฐานแล้ว เราต้องการนำเซลล์สมองหลายล้านหรือหลายร้อยล้านเซลล์มาเรียนรู้ทุกสิ่งที่เราสามารถทำได้เกี่ยวกับอีพีเจเนติกส์ของพวกมัน และวิธีจัดเรียงโครมาตินและฉายภาพพวกมันในบริบทเชิงพื้นที่ เพื่อให้เราเห็นว่าเซลล์เหล่านี้อาศัยอยู่ที่ใดและเข้าใจว่าทั้งหมดเป็นอย่างไร เซลล์ในบริเวณสมองใด ๆ ได้รับการจัดระเบียบและทุกวัย” เอคเกอร์ผู้ซึ่งดำรงตำแหน่งประธานสภาระหว่างประเทศของซอล์คสาขาพันธุศาสตร์กล่าว
“ในขณะนี้ เราแทบไม่มีข้อมูลเช่นนั้นสำหรับสมองของมนุษย์”
