麻省理工学院 标有“童子军”的器官内的2D视图
细胞核呈蓝色(DAPI染料)胶质细胞/神经祖细胞细胞核呈红色(抗-SOX2)胶质细胞/神经祖细胞突起呈绿色(抗波形蛋白)神经元突起呈白色(抗B3-微管蛋白)
学分:钟实验室/麻省理工学院皮考尔研究所 利用人类干细胞培养大脑器官或“小神经”的能力给科学家们提供了人类神经发育和疾病的实验性可操作模型，但也面临着复杂的挑战
没有任何两个器官是相似的，也没有任何一个器官像真正的大脑
这个“雪花”问题阻碍了科学的发展，因为它使得有科学意义的定量比较难以实现
为了帮助研究人员克服这些限制，麻省理工学院的神经科学家和工程师开发了一种新的管道，用于清除、标记、三维成像和严格分析器官类
该过程被称为“SCOUT”，用于“使用无偏技术对器官类进行单细胞和细胞结构分析”，尽管它们具有独特性，但它可以提取整个器官类中的可比特征——研究人员在《科学报告》的新论文中通过三个案例研究证明了这一能力
例如，在一项案例研究中，研究小组报告了寨卡病毒感染导致器官发育中断的新模式，为受感染母亲所生的婴儿为何会表现出严重的神经缺陷提供了新的见解
“当你处理自然组织时，你总是可以使用标准的组织图谱来细分它们，所以很容易将苹果与苹果进行比较，”该研究的合著者亚历山大·阿尔巴尼斯说，他是该论文的资深作者、副教授郑光勋实验室的研究科学家
“但是当每一个器官都是一片雪花，有自己独特的特征组合时，你怎么知道你观察到的可变性是因为模型本身，而不是你试图回答的生物学问题呢？我们感兴趣的是通过系统的噪音进行定量比较
" 艾博年和前麻省理工学院化学工程研究生贾斯汀·斯旺尼共同领导了这项研究
该团队采取了额外的步骤，在GitHub上共享他们的软件和协议，以便可以自由采用
钟说，通过分享他实验室的许多组织处理、标记和分析创新，他希望加快生物医学的进步
皮考尔学习与记忆研究所和医学工程与科学研究所的研究员、化学工程、大脑和认知科学学院的教员钟说:“我们正在开发所有这些技术，以便更全面地了解复杂的生物系统，这对加快发现和开发治疗策略至关重要。”
“传播这些技术与开发它们以产生真实世界的影响一样重要
" 抽象建筑 钟实验室的一些技术是SCOUT管道的组成部分
钟说，这个过程从使有机类具有光学透明性开始，这样它们就可以在三维结构完整的情况下成像——这是将整个有机类作为开发系统进行研究的一个关键能力
下一步是用针对特定蛋白质的抗体标记注入清除的器官，以突出细胞的特性和活性
随着器官被清除并贴上标签，钟的团队用光学显微镜对它们成像，以单细胞分辨率收集整个器官的完整图像
总的来说，每个器官产生大约150 GB的数据，由SCOUT的软件自动分析，主要由Swaney编码
高通量过程允许许多有机化合物被处理，确保研究小组可以在他们的实验中包括许多标本
艾博年说，研究小组战略性地选择了抗体标签
为了识别器官发育过程中出现的细胞模式，研究小组决定标记早期神经元(TBR1)和放射状胶质祖细胞(SOX2)特有的蛋白质，因为它们的组织影响皮层的下游发育。
该团队向SCOUT灌输算法，以准确识别每个器官内的每个不同细胞
利用人类干细胞培养大脑器官或“小神经”的能力给科学家们提供了人类神经发育和疾病的实验性可操作模型，但也面临着复杂的挑战
没有任何两个器官是相似的，也没有任何一个器官像真正的大脑
这个“雪花”问题阻碍了科学的发展，因为它使得有科学意义的定量比较难以实现
为了帮助研究人员克服这些限制，麻省理工学院的神经科学家和工程师开发了SCOUT，这是一种用于清除、标记、3D成像和严格分析器官类的新管道。
学分:麻省理工学院皮考尔学院 从那里，SCOUT可以开始识别共同的建筑模式，如识别相似细胞聚集的位置或更大多样性的区域，以及不同细胞群离心室或中空空间有多近或多远
在发育中的大脑和器官类似，细胞围绕心室组织，然后径向向外迁移
借助于基于人工智能的方法，SCOUT能够跟踪从每个心室向外的不同细胞群的模式
因此，通过与该系统的合作，该团队可以识别每个器官的细胞构型或细胞结构的异同
最终，研究人员能够建立一套近300个特征，从单细胞到整个组织水平，在这些特征上可以进行器官比较
钟说，随着进一步的分析和不同的分子标记选择，甚至可以开发更多的功能
值得注意的是，SCOUT提取的特征是不偏不倚的，因为它们是软件分析的产物，而不是关于什么是“应该”有意义的预先规定的假设
科学比较 随着分析管道的建立，团队对其进行了测试
在一个案例研究中，他们通过比较不同年龄的标本，用它来辨别器官发育的趋势
SCOUT强调了几十个显著的差异，不仅在整体生长上，而且在细胞类型的比例、分层的差异以及与成熟一致的组织结构的其他变化上
在另一个案例研究中，他们比较了培养器官样细胞的不同方法
哈佛大学的合著者保拉·阿洛塔和西尔维亚·维拉斯科开发了一种方法，根据单细胞核糖核酸测序分析，这种方法比其他方法产生更一致的器官类
该团队使用SCOUT将它们与传统生产的有机化合物进行比较，以评估它们在组织尺度上的一致性
他们发现“维拉斯科”类器官在它们的结构中显示出改进的一致性，但是仍然显示出一些差异
寨卡洞见 涉及兹卡的第三个案例研究不仅证明了SCOUT在检测重大变化方面的效用，还导致了罕见事件的发现
钟的团队与病毒专家李·盖尔克、赫尔曼·L
F
冯·亥姆霍兹教授在IMES，以确定寨卡病毒感染如何改变器官发育
SCOUT发现了感染和未感染器官之间的22个主要差异，包括一些以前没有记录的差异
作者写道:“总的来说，这项分析为寨卡病毒介导的病理学提供了第一个全面的量化指标，包括细胞丢失、心室减少和整体组织重组。”
“我们能够描述稀有细胞的空间环境，并区分细胞结构的群体特异性差异
感染表型降低了器官样大小、心室生长以及SOX2和TBR1细胞的扩增
鉴于我们观察到SOX2细胞计数与多尺度组织特征相关，预计寨卡相关的神经祖细胞损失会降低组织地形图和细胞模式的复杂性
" 钟说，他的实验室还与研究自闭症样障碍的同事合作，以了解更多关于发育可能不同的信息
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