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华盛顿，5月1日(科学日报)——基于拓扑学原理，美国哥伦比亚大学的研究人员开发了一种新工具，可以用来描述细胞发育的各种可能途径，让科学家能够详细了解干细胞是如何发育成其他细胞的。这项研究发表在1日的《自然生物技术》杂志上。
每个生物都从一个细胞开始，然后分裂。在称为细胞分化的过程中，细胞分裂成特殊的细胞，如心脏细胞、骨细胞或脑细胞。为了理解沿着分化路径发展的细胞的内部和外部线索，科学家可以对它们的核糖核酸进行测序。然而，对某些细胞来说，核糖核酸测序并不理想，因为这些细胞通常处于不同的发育状态。为了解决这个问题，科学家们已经开发了单细胞核糖核酸测序技术，但仍然需要面对不同细胞状态之间的关系问题。
为了解决这个问题，哥伦比亚大学的研究人员开发了一种叫做单细胞拓扑数据分析的算法。该算法可以分析单个细胞的核糖核酸序列，重建潜在的发展轨迹，并及时捕捉不同转录程序的进程。拓扑学是研究曲面和形状之间关系的数学领域。在这项研究中，它被用来确定不同细胞状态和只在这种状态下活跃的基因之间的关系。
研究人员用scTDA绘制了小鼠干细胞诱导成运动神经元细胞的发展路径。这张路线图准确地显示了这些细胞的发展轨迹——从干细胞到神经元。通过观察路线图上特定交叉点附近哪些基因是活跃的，可以识别出在不同时间节点指导细胞发育的蛋白质。该方法已用于研究小鼠肺、人胚胎和小鼠脑来源的干细胞的发育途径。
研究人员表示，新方法使他们能够深入了解细胞的潜在命运，了解控制细胞特征的关键分子转化，并找到保护细胞发育免受负面影响的机会。他们预计未来会有更多的发现，并最终能够对特定发育阶段的单个细胞进行深入分析。(记者刘海英)
