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用单细胞组学技术打开中医药疗效和原理研究的“黑匣子”(下篇)

2023-04-10 09:41 作者:博奥晶典科研服务  | 我要投稿

单细胞组学技术凭借其强大的组织异质性解析力,已成为深入理解组织的功能结构、揭示复杂疾病过程和阐明药物作用机制的革命性工具。单细胞组学技术可以解析中医药对疾病的治疗机制,获得药物作用的靶点或关键通路;还可以构建中药植物器官和组织的细胞图谱,揭示中药活性成分相关器官和组织的发育和分化。

我们上期系统介绍了利用单细胞组学技术研究中药单体和复方在心血管疾病、白血病、肿瘤等的治疗上发挥的重要作用以及荆芥、长春花等的中药活性成分的合成及转运机制的应用进展。

在总结单细胞组学技术在中医药方向的研究进展之后(点击查看详情) ,我们得出了单细胞中医药研究的方向和可以解决的科学问题,欢迎大家咨询探讨。

01、讲清中医药对疾病的治疗机制

利用单细胞组学技术可以解析中药治疗疾病前后或治疗不同阶段下免疫微环境的变化,识别不同细胞对药物治疗响应的差异,发现对治疗最敏感的细胞,发现中药单体或复方影响的关键基因的表达,揭示药物作用的靶点或关键通路。单细胞组学技术还可以进一步揭示疾病状态下细胞间通讯信号的改变和组织修复后细胞间通讯信号的恢复,从而揭示病理和治疗机制。

02、解读中药植物的发育分化

利用单细胞组学技术可以构建中药植物器官和组织的细胞图谱,揭示生物活性物质合成所参与的细胞类型和基因表达模式,揭示细胞发育轨迹及活性物质的储存及转运机制。

03、基于中药发挥药效的作用机制成果,促进中医药研发

利用单细胞测序技术可一次实验识别出不同的细胞对药物治疗响应的差异。基于中药发挥药效的作用机制成果,可以定量评估中药作用的多靶点中的关键调控节点,提高中药用药的精准性,加速中药有效成分的筛选,具体阐述如下:

中药多细胞作用机制识别不同细胞对药物治疗响应的差异,发现中药单体或复方影响的关键分子和通路,揭示发挥药效的物质基础。

中药协同作用机制

分析不同重要组分干预条件下细胞组成及其基因表达的差异,筛选出最佳药效组合,提高中药用药的精准性。

采用具有成本效益的大规模单细胞测序技术以无偏见的方式测量不同组合形式、不同剂量的中药组分干预前后由中药成分扰动诱导的转录多样性,在获得最佳中药组合形式和中药剂量的同时,可以定量评估中药作用的多靶点中的关键调控节点,提高中药用药的精准性。

加速中药有效成分筛选

选取多种中药成分进行基因活性和作用机制研究,筛选中药的有效成分。

图1 单细胞转录组测序在中药研发中应用前景的流程[1]


图2 基于单细胞组学的中药现代研究思路[2]


博奥晶典单细胞组学

中医药研究技术服务的优势

优势一:院士领军打造中医药技术服务国家队

中国工程院院士、清华大学医学院讲席教授、生物芯片北京国家工程研究中心主任、博奥生物集团董事长兼总裁程京作为首届中医药组成员、第十一届药典委员会执行委员和中国中医科学院学部委员,自2014年起即致力于中药逆转人体疾病分子信号通路的科学内涵和创新中药开发,强势打造中医药创新研究技术服务。

优势二:拥有分子本草数据库,强势助力单细胞水平基因表达研究

历经8年首创的分子本草数据库是世界超大规模的中药分子功能基因表达谱数据库,目前已包含10亿级真实检测的基因表达实验数据和2500多万条反映药物功能的信号通路分析结果,可以强势助力细胞群水平基因表达研究。
优势三:已支持发表中医药方向单细胞项目文章,经验值得信赖

2022年10月支持南京中医药大学吴啟南课题组在 Frontiers in Plant Science 上发表了研究荆芥叶片表皮腺毛的发育和分化机制的单细胞文章[3]。文章选取荆芥的嫩叶(n=3 )提取原生质体开展单细胞测序,构建了荆芥嫩叶细胞图谱,发现了特异性储存和分泌具有抗菌、消炎和抗病毒活性精油的盾状腺皮细胞并揭示了其分化轨迹。


在破解中药复杂性、阐明中医药理论现代科学内涵上,博奥晶典一直致力于利用组学技术构建药物作用网络、发现药效物质和解析分子机制等。博奥晶典引进和研发的各类单细胞及空间组学技术以及在单细胞空间组学领域积累的丰富经验,可以从实验方法、思路设计、研究方案和数据分析等方面为科研客户提供全面的技术服务,为迎接中医药领域现代研究新机遇提供强大的技术支持。

参考文献

[1] 彭菊琴 等. 单细胞转录组测序技术在心梗后中药心脏保护作用机制研究中的应用研究进展. 中国实验方剂学杂质[J]. 中国实验方剂学杂志. 2022 , 28 ( 5 ):242-249.[2] 杨鹏挥 等. 基于单细胞组学的中药现代研究:技术及思路[J]. 中国中药杂志, 2022, 47(15):9.[3] Zhou P, Chen H, Dang J, et al. Single-cell transcriptome of Nepeta tenuifolia leaves reveal differentiation trajectories in glandular trichomes[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13.


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