kth.sePublikationer
5678910118 av 47
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Spatiotemporal Profiling of Human Development Using Multiplexed Imaging
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Proteinvetenskap, Cellulär och klinisk proteomik. KTH, Centra, Science for Life Laboratory, SciLifeLab.ORCID-id: 0000-0003-0735-5595
2024 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Human development is complex and intricate, where the positions of cells, expression of key markers, and cell-cell interactions contribute to the development of various organs from different germ layers and the establishment of the body axis. Therefore, understanding human development within spatial and temporal aspects is crucial. Spatial and temporal aspects can be studiedthrough multiplexed imaging, which enables the assessment of multiple markers on the same tissue, offering critical insights into protein expressions in the cells and tissues. Within the scope of this thesis, we focused on the spatial and single-cell profiling of cell types during the first trimester of human development, both at the systemic and organ levels, using multiplexed imaging. Paper I of this thesis presents a spatial and single-cell map of the developing human lung in the first trimester. We used multiplexed imaging on post-conception week 6 to 13 lungs employing a 30-plex antibody panel and, as a result, analyzed nearly 1 million cells. We provide a spatially resolved cell type composition of the developing human lung, focusing on spatiotemporal changes in the cell types, such as immune cells, endothelial cells, lymphatic cells, and proliferative cell states. Key findings of the first paper are that the proliferation patterns in the epithelium reveal differences in the elongation of smaller and larger distal and proximal airways and the presence of some immune cells around arteries, highlighting location-function relationships. Additionally, this paper represents the first application of multiplexed imaging on the developing human lung. Paper II aimed to systematically investigate human development in whole embryos by focusing on cell types such as immune and endothelial cells. We analyzed human whole embryo tissues from week 3 to 5 using a 28-plex multiplexed antibody panel. A key finding of the paper is the appearance of liver immune cells as early as week 4 and differences in their marker expression profiles compared to the other immune cells. In Paper III, we proposed a simple and flexible open-source method for visualizing in situ expressions of hundreds of genes, which can be combined with other methods, such as multiplexed imaging. In Paper IV, we explored the spatial dynamics of the developing human heart at the cellular and subcellular levels. In conclusion, this thesis elucidates the spatiotemporal changes during the first trimester of human development by presenting spatial maps of developing organs and whole embryos at various stages. The objective is to illustrate the characteristics of a healthy state, contributing to a better understanding of abnormalities associated with congenital diseases.

Abstract [sv]

Människans utveckling är komplex och invecklad, där cellernas positioner, uttryck av viktiga proteinmarkörer och cell-cell interaktioner bidrar till etableringen av kroppens axel och till utvecklingen av organ från olika germinallager. Därför är spatiala och temporala aspekter avgörande för förståelsen av människans utveckling. Detta är möjligt att studera genom multiplexad bildteknik, vilket möjliggör samtidig bedömning av multipla markörer i samma vävnadsprov och erbjuder viktiga insikter kring proteinuttrycket i olika celler och vävnader. Inom ramen för denna avhandling fokuserade vi på spatial- och single-cellprofilering av olika celltyper under den första trimestern av människans utveckling, både på system- och organnivå, med hjälp av multiplexad bildteknik.Artikel I i denna avhandling presenterar en spatial och single-cellkarta av den mänskliga lungans utveckling under den första trimestern. Vi använde multiplexad bildteknik med en 30-plex antikroppspanel för vävnadsprover från lungor isolerade 6-13 veckor efter befruktningen och analyserade nästan 1 miljon celler. Vi tillhandahåller en karta över celltypskomposition med spatial upplösning under den mänskliga lungans utveckling, med fokus på spatio-temporala förändringar av olika celltyper, såsom immunceller, endotelceller och lymfatiska celler, och proliferativa celltillstånd. Nyckelfynden i den första artikeln är att proliferationsmönstren i epitelet avslöjar skillnader i förlängningen av mindre respektive större distala och proximala luftvägar, och att närvaron av vissa immun-celler runt artärerna belyser förhållandet mellan lokalisation och funktion. Dessutom representerar denna artikel den första tillämpningen av multiplexad bildteknik för att studera den mänskliga lungans utveckling. Artikel II syftade till att systematiskt undersöka människans utveckling i hela embryon, med fokus på celltyper som immunceller och endotelceller. Vi analyserade hela mänskliga embryovävnader isolerade vid 3-5 veckor med hjälp av en 28-plex antikroppspanel. Ett nyckelfynd i artikeln är framträdandet av leverns immunceller redan vid 4 veckor och skillnader i dessa cellers profiler för uttryck av markörer jämfört med andra immunceller. I Artikel III föreslog vi en enkel och flexibel öppen källkodsmetod för att visualisera in situ-uttryck av hundratals gener, som kan kombineras med andra metoder, så som multiplexad bildteknik. I Artikel IV utforskade vi den spatiala dynamiken under det mänskliga hjärtats utveckling på cellulär och subcellulär nivå.Sammanfattningsvis belyser denna avhandling de spatiotemporala förändringarna under den första trimestern av människans utveckling genom att presentera kartor över utvecklingen av organ och hela embryon vid olika stadier. Målet är att illustrera egenskaperna vid ett friskt tillstånd, vilket bidrar till en bättre förståelse för avvikelser som är förknippade med medfödda sjukdomar.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2024. , s. 40
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2024:14
Nyckelord [en]
human development, organ development, spatial proteomics, single-cell proteomics, proliferation, immune system
Nyckelord [sv]
mänsklig utveckling, organutveckling, spatial proteomik, single-cell proteomik, proliferation, immunsystem
Nationell ämneskategori
Utvecklingsbiologi
Forskningsämne
Bioteknologi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-345248ISBN: 978-91-8040-895-0 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:kth-345248DiVA, id: diva2:1851119
Disputation
2024-06-03, Atrium, Nobels väg 12B, Solna. Via Zoom: https://kth-se.zoom.us/j/61880017390, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 2024-04-12

Tillgänglig från: 2024-04-12 Skapad: 2024-04-12 Senast uppdaterad: 2024-05-24Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. High-parametric protein maps reveal the spatial organization in early-developing human lung
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>High-parametric protein maps reveal the spatial organization in early-developing human lung
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The respiratory system, encompassing the lungs, trachea, and vasculature, is essential for terrestrial life. Although recent research has illuminated aspects of lung development, such as cell lineage origins and their molecular drivers, much of our knowledge is still based on animal models, or is deduced from transcriptome analyses. In this study, conducted within the Human Developmental Cell Atlas (HDCA) initiative, we describe the spatiotemporal organization of lung during the first trimester of human gestation in situ and at protein level. We used high-parametric tissue imaging on human lung samples, aged 6 to 13 post-conception weeks, using a 30-plex antibody panel. Our approach yielded over 2 million individual lung cells across five developmental timepoints, with an in-depth analysis of nearly 1 million cells. We present a spatially resolved cell type composition of the developing human lung, with a particular emphasis on their proliferative states, spatial arrangement traits, and their temporal evolution throughout lung development. We also offer new insights into the emerging patterns of immune cells during lung development. To the best of our knowledge, this study is the most extensive protein-level examination of the developing human lung. The generated dataset is a valuable resource for further research into the developmental roots of human respiratory health and disease.

Nationell ämneskategori
Utvecklingsbiologi
Forskningsämne
Bioteknologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-344643 (URN)10.1101/2024.01.25.577163 (DOI)
Anmärkning

QC 20240411

Tillgänglig från: 2024-04-10 Skapad: 2024-04-10 Senast uppdaterad: 2024-04-16Bibliografiskt granskad
2. Insights from early stages of development
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Insights from early stages of development
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Nationell ämneskategori
Utvecklingsbiologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-344846 (URN)
Anmärkning

QC 20240411

Tillgänglig från: 2024-04-10 Skapad: 2024-04-10 Senast uppdaterad: 2024-04-12Bibliografiskt granskad
3. Open-source, high-throughput targeted in-situ transcriptomics for developmental biologists
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Open-source, high-throughput targeted in-situ transcriptomics for developmental biologists
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Multiplexed spatial profiling of mRNAs has recently gained traction as a tool to explore the cellular diversity and the architecture of tissues. We propose a sensitive, open-source, simple and flexible method for the generation of in-situ expression maps of hundreds of genes. We exploit direct ligation of padlock probes on mRNAs, coupled with rolling circle amplification and hybridization-based in situ combinatorial barcoding, to achieve high detection efficiency, high throughput, and large multiplexing. We validate the method across a number of species and show its use in combination with orthogonal methods such as antibody staining, highlighting its potential value for developmental biology studies. Finally, we provide an end-to-end computational workflow that covers the steps of probe design, image processing, data extraction, cell segmentation, clustering, and annotation of cell types. By enabling easier access to high throughput spatially resolved transcriptomics, we hope to encourage a diversity of applications and the exploration of a wide range of biological questions. 

Nationell ämneskategori
Utvecklingsbiologi
Forskningsämne
Bioteknologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-344850 (URN)
Anmärkning

QC 20240411

Tillgänglig från: 2024-04-10 Skapad: 2024-04-10 Senast uppdaterad: 2024-04-12Bibliografiskt granskad
4. Spatial Dynamics of the Developing Human Heart
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Spatial Dynamics of the Developing Human Heart
Visa övriga...
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Heart development relies on a topologically defined interplay between a diverse array of cardiac cells. We finely curated spatial and single-cell measurements with subcellular imaging-based transcriptomics validation to explore spatial dynamics during early human cardiogenesis. Analyzing almost 80,000 individual cells and 70,000 spatially barcoded tissue regions between the 5.5th and 14th postconceptional weeks, we identified 31 coarse- and 72 fine-grained cell states and mapped them to highly resolved cardiac cellular niches. We provide novel insight into the development of the cardiac pacemaker-conduction system, heart valves, and atrial septum, and decipher heterogeneity of the hitherto elusive cardiac fibroblast population. Furthermore, we describe the formation of cardiac autonomic innervation and present the first spatial account of chromaffin cells in the fetal human heart. In summary, our study delineates the cellular and molecular landscape of the developing heart’s architecture, offering links to genetic causes of heart disease.

Nationell ämneskategori
Utvecklingsbiologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-344847 (URN)10.1101/2024.03.12.584577 (DOI)
Anmärkning

QC 20240411

Tillgänglig från: 2024-04-10 Skapad: 2024-04-10 Senast uppdaterad: 2024-04-16Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Spatiotemporal Profiling of Human Development Using Multiplexed Imaging(9669 kB)117 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 9669 kBChecksumma SHA-512
ffd8ec59a87da66acad2adeae4133206ca4e56fecea5a71b026e80f20e7ba89f70f68aa3478e1c4535bf5ec2264c0510f4818297770e475da57e81cfa9974dc8
Typ summaryMimetyp application/pdf

Person

Sariyar, Sanem

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Sariyar, Sanem
Av organisationen
Cellulär och klinisk proteomikScience for Life Laboratory, SciLifeLab
Utvecklingsbiologi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

isbn
urn-nbn
Totalt: 1046 träffar
5678910118 av 47
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf