Atlas de células organoides | Biotecnología de la naturaleza

El proyecto HCA | Organoide Horizonte 2020 (EU H2020) de la Unión Europea nos permite establecer una primera versión del Atlas de células organoides en los próximos años, que puede actuar como núcleo de una iniciativa global, colaborativa y más amplia. En este proyecto piloto, estamos generando perfiles de transcriptoma unicelular, mapas de epigenoma y datos de imágenes detallados en una selección de organoides humanos. Para dos órganos, el colon y el cerebro, derivaremos y caracterizaremos los organoides de 100 individuos secuenciados del genoma completo cada uno, para capturar la variación de la población normal y establecer una referencia para los estudios centrados en la enfermedad (Fig. 2a, b). El acceso fácil de usar a los datos unicelulares para organoides y las comparaciones entre perfiles de organoides y datos unicelulares para tejidos primarios humanos estarán disponibles en el Organoid Cell Atlas Portal, que se está desarrollando en paralelo con la generación de datos.

Fig. 2: Conexión de células individuales en organoides humanos y en muestras de tejido primario a través del Atlas de células organoides.
Figura 2

un, El perfil unicelular de organoides humanos (izquierda) y de muestras de tejido primario humano (derecha) proporciona información complementaria. La integración de datos entre los perfiles unicelulares de los organoides y los tejidos primarios hace posible investigar el mismo tipo de célula en ambos contextos, lo que permite que cada enfoque aproveche sus puntos fuertes. segundo, El portal Atlas de células organoides implementará características clave para analizar e interpretar datos unicelulares de organoides humanos en el contexto biológico proporcionado por los perfiles de HCA de sus contrapartes in vivo.

Seleccionamos organoides de colon y cerebro como las dos áreas de enfoque del proyecto HCA | Organoide por tres razones: primero, el colon y el cerebro estuvieron entre los primeros órganos para los que se demostraron los organoides, por lo que ahora se dispone de protocolos relativamente maduros; en segundo lugar, los organoides del colon se derivan de células madre adultas en muestras primarias ex vivo, mientras que los organoides cerebrales se derivan de células pluripotentes, abarcando así las dos fuentes principales de derivación organoide; En tercer lugar, los organoides de colon y cerebro ya se han utilizado para estudios centrados en enfermedades, y la caracterización unicelular de estos organoides para un gran número de personas facilitará las aplicaciones biomédicas. Más allá del enfoque inicial en los organoides del colon y el cerebro, el proyecto HCA | Organoid está diseñado de tal manera que la mayor parte de la infraestructura de datos es genérica y aplicable a otros tipos de organoides humanos. Buscamos activamente la colaboración con otros proyectos que persiguen la elaboración sistemática de perfiles unicelulares en otros tipos de organoides humanos para explorar la posibilidad de interconexión o integración con el Atlas de células organoides.


El portal Atlas de células organoides es un objetivo central del proyecto EU H2020 HCA | Organoid. Proporcionará una infraestructura computacional y un front-end basado en la web que hará que los datos unicelulares para organoides humanos sean fáciles de acceder y analizar. Este esfuerzo se basará en la infraestructura existente de la Plataforma de coordinación de datos de la HCA (https://data.humancellatlas.org) para el envío, procesamiento, anotación y recuperación de datos. Las características clave que son específicas de los organoides incluirán la exploración interactiva de datos de organoides humanos, la selección de organoides basada en datos para experimentos funcionales y la comparación de organoides específicos de la enfermedad con colecciones de referencia de organoides normales.

El portal Atlas de células organoides también proporcionará mapeos interactivos entre los perfiles unicelulares de organoides humanos y los tejidos primarios correspondientes disponibles dentro del HCA, utilizando algoritmos que permiten alineaciones célula-célula entre estos conjuntos de datos. Esta funcionalidad facilitará y alentará el uso de organoides como modelo para experimentos biológicos detallados, incluida la identificación de genes diana para la investigación mecanicista y el desarrollo de fármacos. El mapeo y la integración de datos también permitirán la exploración de la variación normal entre individuos (por ejemplo, debido a diferencias genéticas comunes) de manera interactiva, aprovechando los organoides como modelo para la variación correspondiente en los tejidos primarios. Finalmente, las alineaciones célula-célula facilitarán el análisis e interpretación de perturbaciones en organoides humanos en el contexto de los tejidos primarios correspondientes.


Seguiremos varias estrategias complementarias para garantizar que los datos del Atlas de células organoides sean de la mayor calidad y reproducibilidad posibles. En primer lugar, invertiremos en la estandarización y validación de flujos de trabajo experimentales para la derivación de organoides, por ejemplo, comparando protocolos alternativos y evaluando el efecto relativo de factores técnicos y biológicos en los perfiles unicelulares de organoides de colon y cerebro. En segundo lugar, contribuiremos a los esfuerzos de HCA para establecer estándares comunitarios e infraestructura de software para el procesamiento y la anotación de datos, por ejemplo, asegurando la compatibilidad con la estructura de metadatos específica de los organoides. En tercer lugar, desarrollaremos y validaremos métodos computacionales para la alineación flexible y la comparación de células entre organoides y el tejido primario correspondiente. Finalmente, implementaremos herramientas de visualización interactivas que permitan un control de calidad fácil de usar y un análisis exploratorio de conjuntos de datos de organoides unicelulares que contribuyeron al Atlas de células organoides.

Para maximizar la utilidad y el impacto del proyecto EU H2020 HCA | Organoide para la comunidad científica en general, los perfiles unicelulares se harán públicos lo más rápido posible, de acuerdo con el fuerte compromiso de HCA con el intercambio de datos, las regulaciones éticas locales y las normas europeas. ley de protección de datos (GDPR). Los organoides recién establecidos se proporcionarán como un ‘biobanco vivo’ a través de la tecnología de organoides de Hubrecht14 (colon) o como un conjunto de protocolos precisos para la derivación de líneas de células madre pluripotentes inducidas en biobancos (cerebro). Además, evaluaremos y exploraremos la utilidad práctica del Atlas de células organoides en una serie de estudios piloto centrados en la enfermedad, que persiguen el cribado CRISPR con lectura de transcriptoma unicelular (CROP-seq)15 y modelado de enfermedades de la epilepsia genética utilizando organoides cerebrales seleccionados del Atlas de células organoides. Finalmente, nos comprometemos a desarrollar el Portal Atlas de células organoides en una infraestructura pública, sostenible y ampliamente utilizada para encontrar, acceder, analizar e interpretar datos unicelulares de organoides humanos.

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