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新闻稿迈向“催化医学”的新时代
Yugo R. Kamimura、Kenzo Yamatsugu、Tomoya Kujirai、Hitoshi Kurumizaka、Atsushi Iwama、Atsushi Kaneda、Shigehiro A. Kawashima *、Motomu Kanai * DOI：10.1038/s41467-025-56204-2 URL：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56204-2 注释（禁运信息） 禁止在 1 月 24 日日本时间晚上 7 点（英国时间 24 日上午 10 点）之前出版。 这项研究得到了以下赠款的支持：科学研究的授予（项目编号：23H05466，23H05475），科学研究B（项目编号：21H02074），学术变革性研究A（项目编号：24H02328），学术变革研究b（项目编号：22H050501018），挑战7（PISPICT）， （项目编号：21K19326，22K19553），年轻科学家研究（项目编号：22K15033），研究活动启动支持（项目编号：23K19423），AMED，AMED（项目编号：24AMA121009，21CM0106510H0006），JST-ERATO（JST-ERATO）（JST-ERATO）（JST-ERATO）（JST-ERATO）（JST-ERATO编号：JPMJERST和JPMJESS），和JPMJES119011901190119011901190119019019019019019019019019001900号。 （项目编号：JPMJCR24T3）、IAAR 研究支持计划、朝日硝子基金会研究补助金、武田科学基金会研究补助金以及持田纪念医学和制药科学基金会研究补助金。 术语表（注1） 催化剂：能促进特定化学反应但自身不发生改变的分子。通过反复作用，可以使用少量的催化剂来生产大量所需的产品。 （注2）表观遗传学：通过化学修饰DNA或蛋白质而不改变DNA碱基序列来控制基因表达的机制。遗传信息以基因组的形式表达，而化学修饰的信息则称为表观基因组。 （注3）乙酰化：在蛋白质的赖氨酸残基上的氨基（-NH2）上引入乙酰基（-COCH3）的反应。 （注4）翻译后修饰：蛋白质在细胞中合成后添加的各种化学修饰。它参与调节蛋白质活性、稳定性和定位。
组装体学习：健康和疾病状态下大脑功能的个性化方法的机遇和挑战
大脑最显著的特性之一是能够构建外部环境的表征，这可用于模拟和规划未来的互动。在过去的 50 年里，神经科学家设计出了观察、理解和调节这种能力的新技术，要么通过体内可视化神经活动，要么通过电极或电磁场记录和刺激大脑。这一努力对于推动人工智能 (AI) 的研究也具有不可估量的价值，并且由此产生的强烈交流使这两个领域都受益匪浅。神经网络设计的进步为使用人工智能识别大脑功能异常和模拟神经系统疾病奠定了基础，但成功的计算机辅助治疗以及对这些疾病如何产生和发展的全面理解还远未实现（Macpherson 等人，2021 年）。然而，根据 2016 年的数据，这些疾病是导致残疾的主要原因和第二大死亡原因。在美国，大约六分之一的儿童出生时患有神经发育障碍（Mencattini 等人，2018 年），650 万 65 岁以上的人患有阿尔茨海默病，而且这个数字注定只会增加（Eichmueller，2022 年）。因此，为了应对这些无声的流行病，我们需要新的“跳出框框”的研究工具和策略，以便我们设计出高度个性化的方法（Kanai 和 Rees，2011 年）。在本文中，我们首先介绍了脑类器官（即基于细胞的工程体外体内组织模型）和组装体（即 3D、自组织结构，功能性地结合两个或多个类器官，允许模拟不同组织或区域之间的相互作用）作为追踪和模拟神经活动的额外工具可能带来的优势，特别是参考学习和记忆等复杂功能。接下来，我们将探讨在成功实施这些新工具之前仍需解决的方法问题，并研究基于类器官的神经认知研究方法可能存在的局限性。最后，我们将讨论脑类器官的特殊性质所引发的伦理问题，并简要总结在进行此类实验时应考虑的一些主动干预措施。
丝氨酸手性指导一碳代谢和神经调节剂合成之间的代谢流
凯奥大学医学院药理学系，东京35新库库 - 库，日本160-8582。 2。 当前地址；美国马萨诸塞州波士顿的杨百翰和妇女医院传染病科。 3。 SI医学研究中心和日本吉基大学医学院实验室医学系，日本105-8461。 4。 当前地址；伊瓦特大学农业学院生物化学系，伊瓦特，日本020-8550，5。 日本，凯奥大学医学院Neurosurger系，35 Shinjuku-ku，日本160-8582。 6。 东京医科大学医学学院，日本东京，日本东京，日本凯奥大学，尤里奥大学，日本山口 吉塔萨托大学药学研究生院，5-9-1西罗坎，米纳托 - 库，东京108–8641，日本8。 <东京医科大学的药理学划分，日本东京库库市6-1-1，日本160-8402。 9。 日本东京160-8582的凯奥大学医学院内科学系，凯奥大学医学院。 11。凯奥大学医学院药理学系，东京35新库库 - 库，日本160-8582。 2。 当前地址；美国马萨诸塞州波士顿的杨百翰和妇女医院传染病科。 3。 SI医学研究中心和日本吉基大学医学院实验室医学系，日本105-8461。 4。 当前地址；伊瓦特大学农业学院生物化学系，伊瓦特，日本020-8550，5。 日本，凯奥大学医学院Neurosurger系，35 Shinjuku-ku，日本160-8582。 6。 东京医科大学医学学院，日本东京，日本东京，日本凯奥大学，尤里奥大学，日本山口 吉塔萨托大学药学研究生院，5-9-1西罗坎，米纳托 - 库，东京108–8641，日本8。 <东京医科大学的药理学划分，日本东京库库市6-1-1，日本160-8402。 9。 日本东京160-8582的凯奥大学医学院内科学系，凯奥大学医学院。 11。凯奥大学医学院药理学系，东京35新库库 - 库，日本160-8582。2。当前地址；美国马萨诸塞州波士顿的杨百翰和妇女医院传染病科。3。SI医学研究中心和日本吉基大学医学院实验室医学系，日本105-8461。 4。 当前地址；伊瓦特大学农业学院生物化学系，伊瓦特，日本020-8550，5。 日本，凯奥大学医学院Neurosurger系，35 Shinjuku-ku，日本160-8582。 6。 东京医科大学医学学院，日本东京，日本东京，日本凯奥大学，尤里奥大学，日本山口 吉塔萨托大学药学研究生院，5-9-1西罗坎，米纳托 - 库，东京108–8641，日本8。 <东京医科大学的药理学划分，日本东京库库市6-1-1，日本160-8402。 9。 日本东京160-8582的凯奥大学医学院内科学系，凯奥大学医学院。 11。SI医学研究中心和日本吉基大学医学院实验室医学系，日本105-8461。4。当前地址；伊瓦特大学农业学院生物化学系，伊瓦特，日本020-8550，5。日本，凯奥大学医学院Neurosurger系，35 Shinjuku-ku，日本160-8582。 6。 东京医科大学医学学院，日本东京，日本东京，日本凯奥大学，尤里奥大学，日本山口 吉塔萨托大学药学研究生院，5-9-1西罗坎，米纳托 - 库，东京108–8641，日本8。 <东京医科大学的药理学划分，日本东京库库市6-1-1，日本160-8402。 9。 日本东京160-8582的凯奥大学医学院内科学系，凯奥大学医学院。 11。日本，凯奥大学医学院Neurosurger系，35 Shinjuku-ku，日本160-8582。6。东京医科大学医学学院，日本东京，日本东京，日本凯奥大学，尤里奥大学，日本山口吉塔萨托大学药学研究生院，5-9-1西罗坎，米纳托 - 库，东京108–8641，日本8。<东京医科大学的药理学划分，日本东京库库市6-1-1，日本160-8402。9。日本东京160-8582的凯奥大学医学院内科学系，凯奥大学医学院。11。凯奥大学机械工程系，3-14-1 Hiyoshi，Kohoku-ku，横滨，卡纳那川223-8522，日本计算机分子设计实验室，Riken Biiken Biosystems Dynamerss Dynamics Research（BDR），Osaka 565--0874，日本10。人类生物学 - 微生物 - 量词研究中心（WPI-BIO2Q），Keio University，东京160-8582，日本＃这些作者贡献了同样的贡献。12应该解决信件：铃木穆萨塔克（Masataka Suzuki）和凯奥·萨萨贝（Jumpei Sasabe）药理学系，凯奥大学医学院（Keio University of Medicine of Medicine of Medicine of Medicine of Medicine of School of Medicine of School of School of Shinjuku-ku），东京160-8582日本。电话： +81-3-5363-3750。传真： +81-3-3359-8889。电子邮件：masataka.s@keio.jp; sasabe@keio.jp电子邮件：masataka.s@keio.jp; sasabe@keio.jp
名称：Atanu Kumar Dutta博士•部门：生物化学
博士后奖学金（临床遗传学）； Faimer奖学金•关于我自己：我接受了研究的广泛培训，从Pgimer Chandigarh的生物化学医学博士开始，在基督教医学院，Vellore和美国国家生物医学基因组学研究所中进一步培训。我的MD论文证实了北印度人的PNPLA3 RS738409多态性与酒精性肝病的关联。我们开发了一种具有成本效益的PCR-RFLP方法来检测这种多态性，该方法被研究人员广泛使用。拥有六年的诊断分子遗传学经验，我报道了新颖的遗传变异和表型，进行了基于社区的调查，并从事诸如斑马鱼CRISPR CAS9敲除模型之类的尖端技术。我们的研究包括关于先天性非综合性听力损失的工作，以及α1抗胰蛋白酶缺乏症与COVID-19死亡率的关联。我有53个出版物，15个H-INDEX，超过2000次引用，我在Ipgmer和SSKM医院，加尔各答建立了遗传服务部门，以及在AIIMS Kalyani的分子遗传学实验室，该遗传学实验室已验证了超过4,000例遗传病患者的遗传服务。•兴趣领域：临床和分子遗传学•研究出版物和/或书籍章节（最近五年）：1。写作小组主管Andrews Shea J.6 Kanai Masahiro 3 Cordioli Mattia 7, Manuscript analyses team lead, Manuscript analyses team members: PHEWAS Polimanti Renato 1, Manuscript analyses team members: Mendelian randomization Harerimana Nadia 8, Manuscript analyses team members: methods development Pirinen Matti 7, Manuscript analyses team members: PC projection gene prioritization, et al.首次更新了Covid-19的人类遗传结构。自然。2022; 608（7921）：E1-10。2。COVID-19，宿主遗传学计划，Ganna A. 第二次更新映射Covid-19的人类遗传结构。 medrxiv。 2022; 2022–12。 3。 Chaudhuri J，Biswas S，Gangopadhyay G，Biswas T，Datta J，Biswas A等。 ATP7B基因突变的研究及其与威尔逊病患者的临床表型和放射学特征的相关性。 Biorxiv。 2021; 2021–01。 4。 Chakraborty S，Mitra S，Ghosh A，Kumar K，Sanga S，Dutta AK等。 对来自印度的非综合性听力损失患者的全面分析显示，已知和新型突变广泛。 2023; 5。 Dutta AK，Goswami K.在Covid-19期间评估在线评估中的作弊。 医学教育。 2023; 6。 dutta AK，Goswami K. alpha 1抗胰蛋白酶缺乏与Covid-19死亡率：临床试验的基础。 在：Covid-19的前沿：新型冠状病毒2019的科学和临床方面。 Springer International Publishing Cham； 2022。p。 325–36。COVID-19，宿主遗传学计划，Ganna A.第二次更新映射Covid-19的人类遗传结构。medrxiv。2022; 2022–12。3。Chaudhuri J，Biswas S，Gangopadhyay G，Biswas T，Datta J，Biswas A等。 ATP7B基因突变的研究及其与威尔逊病患者的临床表型和放射学特征的相关性。 Biorxiv。 2021; 2021–01。 4。 Chakraborty S，Mitra S，Ghosh A，Kumar K，Sanga S，Dutta AK等。 对来自印度的非综合性听力损失患者的全面分析显示，已知和新型突变广泛。 2023; 5。 Dutta AK，Goswami K.在Covid-19期间评估在线评估中的作弊。 医学教育。 2023; 6。 dutta AK，Goswami K. alpha 1抗胰蛋白酶缺乏与Covid-19死亡率：临床试验的基础。 在：Covid-19的前沿：新型冠状病毒2019的科学和临床方面。 Springer International Publishing Cham； 2022。p。 325–36。Chaudhuri J，Biswas S，Gangopadhyay G，Biswas T，Datta J，Biswas A等。ATP7B基因突变的研究及其与威尔逊病患者的临床表型和放射学特征的相关性。Biorxiv。2021; 2021–01。4。Chakraborty S，Mitra S，Ghosh A，Kumar K，Sanga S，Dutta AK等。对来自印度的非综合性听力损失患者的全面分析显示，已知和新型突变广泛。2023; 5。Dutta AK，Goswami K.在Covid-19期间评估在线评估中的作弊。医学教育。2023; 6。dutta AK，Goswami K. alpha 1抗胰蛋白酶缺乏与Covid-19死亡率：临床试验的基础。在：Covid-19的前沿：新型冠状病毒2019的科学和临床方面。Springer International Publishing Cham； 2022。p。 325–36。
教育程度和儿童期1型糖尿病
将人类行为与大脑结构联系起来：进一步的挑战和可能的解决方案Chen Song 1，*，Kristian Sandberg 2，Renate Rutiku 3和Ryota Kanai 4 1。加的夫大学脑研究成像中心，加的夫大学，加的夫，英国。2。功能整合神经科学中心，丹麦奥胡斯大学的奥尔胡斯大学。3。波兰克拉科夫的贾吉伦大学心理学研究所。4。Araya Inc.，日本东京。 *电子邮件：songc5@cardiff.ac.uk在及时的文章中，Genon及其同事回顾了MRI研究的最新发展，旨在将人类行为与大脑结构联系起来（Genon，S.，Eickhoff，S.B. ＆Kharabian，S。将大脑结构的个体变异与行为联系起来。 nat。 修订版 Neurosci。 23，307–318（2022））1。 他们认为，在过去的十年中，该领域目睹了研究发现的可复制性低，并且有效的大小减少。 他们指出采用多元方法是前进的一个有前途的道路。 我们认可他们有见地的建议，并想提请注意两个点，我们认为这代表了未来的关键挑战和可能的解决方案。 存在结构MRI信号与潜在的“真实”大脑结构之间的简单一对一关系。 MRI信号反映了体素内各种结构成分的混合贡献，其中一些成分以截然不同的方式影响大脑功能。 值得注意的是，正在进行一些有希望的发展来弥合这一差距。Araya Inc.，日本东京。*电子邮件：songc5@cardiff.ac.uk在及时的文章中，Genon及其同事回顾了MRI研究的最新发展，旨在将人类行为与大脑结构联系起来（Genon，S.，Eickhoff，S.B.＆Kharabian，S。将大脑结构的个体变异与行为联系起来。nat。修订版Neurosci。23，307–318（2022））1。 他们认为，在过去的十年中，该领域目睹了研究发现的可复制性低，并且有效的大小减少。 他们指出采用多元方法是前进的一个有前途的道路。 我们认可他们有见地的建议，并想提请注意两个点，我们认为这代表了未来的关键挑战和可能的解决方案。 存在结构MRI信号与潜在的“真实”大脑结构之间的简单一对一关系。 MRI信号反映了体素内各种结构成分的混合贡献，其中一些成分以截然不同的方式影响大脑功能。 值得注意的是，正在进行一些有希望的发展来弥合这一差距。23，307–318（2022））1。在过去的十年中，该领域目睹了研究发现的可复制性低，并且有效的大小减少。他们指出采用多元方法是前进的一个有前途的道路。我们认可他们有见地的建议，并想提请注意两个点，我们认为这代表了未来的关键挑战和可能的解决方案。存在结构MRI信号与潜在的“真实”大脑结构之间的简单一对一关系。MRI信号反映了体素内各种结构成分的混合贡献，其中一些成分以截然不同的方式影响大脑功能。值得注意的是，正在进行一些有希望的发展来弥合这一差距。例如，定量T1 MRI信号的增加可能导致髓鞘降低或轴突直径增加2,3（图1A），这会影响相反方向的信号传导速度4。MRI信号和基础大脑结构之间的差距对大脑结构 - behaviour映射构成了巨大挑战。我们想突出两个这样的发展：多维和多模式MRI 5。通过获取多个结构性MRI信号，每个信号反映了不同的结构组件加权总和，这些技术可以分离并测量单个结构成分，例如髓磷脂水平6，轴突直径7和细胞形态8。这些措施在功能上更相关的大脑单位，并为机械见解提供了机会。对大脑结构的另一个挑战 - 行为映射是大脑结构与行为之间的众多关系。正如Genon及其同事所指出的1所指出的那样，该领域长期以来依赖于线性结构 - 行为关系的假设。然而，最近的研究引起了人们对这一假设的怀疑，而是指向多一对一的结构 - 行为关系，称为“多重可变性”。例如，在视觉性能和视觉皮质体积之间观察到U形关系，这表明视觉性能的降解可能是由于皮质厚度增加或皮质表面表面积9的降低而导致的（图1B）。同样，网络结构和网络行为10之间存在多对一的关系。大脑结构与行为之间缺乏一对一的关系增加了采用多元和机器学习方法的重要原因。这些方法可以检查结构 - 行为关系的整个空间。这些方法的一种有希望的应用是寻找最佳的大脑结构。它提供了解决髓磷脂与轴突的比率最佳的机会，对于信号传导，白色与灰质的比例对于不同的行为领域是最佳的，以及其他概念上重要的问题。综上所述，我们认为，由于缺乏从MRI到大脑结构以及从大脑结构到行为的一对一映射，该领域受到了挑战（图1）。进步很大程度上依赖于弥合从MRI到大脑结构的差距并检查行为对大脑结构的多重实现性的能力。