一句話總結：利用空間轉錄方法在單細胞分辨率下探索人類心臟發育的基因表達圖景，以構建一個3D器官范圍的圖譜。
Highlights
- Profiled spatiotemporal gene expression patterns in human cardiogenesis
- Mapped cell-type distribution and spatial organization in the human embryonic heart
- Thoroughly analyzed roles of diverse cell types in cardiac development
- A publicly available web resource of the human embryonic heart
人類心臟形態發生的過程尚不完全清楚。它的完整特征需要深入單細胞空間分辨層面探索基因表達協調。在這里，我們提出了一種分子方法，它揭示了胚胎心臟在三個發育階段的細胞類型的全面轉錄圖譜，并將特定細胞類型的基因表達映射到特定的解剖結構域。空間轉錄組學確定了獨特的基因圖譜，這些基因圖譜對應于每個發育階段的不同解剖區域。單細胞RNA測序鑒定的人胚胎心肌細胞類型證實并豐富了胚胎心臟基因表達的空間注釋。然后使用原位測序來提煉這些結果，并創建三個發育階段的空間亞細胞圖。最后，我們創建了一個公開可用的人類發育心臟的網絡資源，以促進未來對人類心臟發生的研究。
前言
心臟是人類胚胎中第一個具有功能的實體器官。它起源于中胚層，并發展成心管，在受孕21天左右開始跳動(Sylva et al., 2014; Meilhac and Buckingham, 2018)。然后心管形成環狀，大約30天后形成四個單獨的心腔(即左右心房和左右心室)和心外膜。隨后，流出道(OFT)分化，心室肌的外部轉變為致密心肌和間隔。最終，OFT分裂成主動脈和肺動脈，大多數心臟隔室在懷孕前三個月末就完成了。這些復雜的事件是錯綜復雜和時空特異性的基因表達相互作用的結果，這些基因表達相互作用與心臟發育中的每個部分的空間和功能過程有關。
單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術的快速發展使得單細胞轉錄圖譜能夠用來探索心臟內細胞的異質性，促進了我們對心臟分化過程的了解。例如，對胚胎(De?Laughter et al., 2016; Li et al., 2016; Lescroart et al., 2018)和成年(Gladka et al., 201)小鼠心臟的研究提供了使用組織勻漿無法獲得的細胞特異性發現。此外，對心肌細胞空間位置的先驗知識對于揭示胚胎小鼠心臟中特定的腔室基因和不同的時空心肌細胞群是關鍵的(DeLaughter et al., 2016; Li et al., 2016)。然而，小鼠和人類心臟發育之間存在差異；時間scRNA-seq研究揭示了人類特有的基因在發育過程中表達(Cui et al., 2019)，并且對分化很重要(Sahara et al., 2019)。
轉錄組范圍的scRNA-seq研究的一個共同特征是它們不能解決心臟基因表達的空間模式。因此，我們需要替代的方法來提供參與這一過程的不同細胞類型的位置信息，這對于全面理解發育動力學是必要的(Regev et al., 2017)。這些方法可分為靶向方法(Ke et al., 2013; Chen et al., 2015; Wang et al., 2018; Eng et al., 2019)和非靶向方法(Junker et al., 2014; Lee et al., 2014; Lovatt et al., 2014; Sta?hl et al., 2016; Rodriques et al., 2019; Vickovic et al., 2019)。
考慮到人類心臟發育的復雜性和不完全理解，我們認為建立一種能夠同時分析心臟基因空間表達模式和細胞異質性的分子方法是很重要的。我們假設可以利用空間轉錄學(ST)(Sta? hl et al., 2016; Sal?me′ n et al., 2018), scRNA-seq (Zheng et al., 2017)和原位測序 (ISS) (Ke et al., 2013; Qian et al., 2019)開發出這樣的方法。ST是一種非靶向技術，它使用條形碼寡核苷酸陣列和標準組織學明場成像來確定組織切片中多聚腺苷酸轉錄本的定量空間分布。它生成數據驅動的空間地圖并具有廣泛的適用性(Giacomello et al., 2017; Giacomello and Lundeberg, 2018; Lundmark et al., 2018)。此外，它已被用于分析器官，包括大腦(Sta?hl et al., 2016; Salme′ n et al., 2018)和成年人心臟(Asp et al., 2017)，以及神經變性(Maniatis et al., 2019)。相反，ISS是一種有針對性的方法，它在組織切片中使用掛鎖探針和滾動圓圈擴增來針對已知基因(Ke et al., 2013; Qian et al., 2019)。它便于亞細胞分辨率的分析，以確認基于ST和scRNA-seq的區域標記和細胞類型識別。
在這里，我們描繪了一個時空圖譜，它系統地描述了人類心臟在早期三個發育階段的空間原型和細胞異質性：4.5-5，6.5和9個受孕后周(PCW)(圖1)。我們通過利用ST的空間探索能力、scRNA-seq的去卷積能力和ISS的亞細胞靶向準確性創建了這個資源。最后，我們通過整合空間信息來可視化我們的結果，以生成三維(3D)轉錄地圖。
結果
人類心臟發育過程中基因的時空動態表達
我們最初通過免疫組織化學(IHC)染色從4.5-5、6.5和9PCW收集的人類胚胎心臟樣本獲得了人類心臟發育的時空概況(圖2A-2C)。結果表明，左、右心室游離壁和間隔、左、右心房(TNNT2)在各時間點均由致密的小梁狀心室肌組成。平滑肌肌動蛋白(ACTA2)染色顯示4.5~5PCW心臟主動脈和肺動脈已開始形成，6.5和9個PCW心臟已提前形成主動脈和肺動脈。DAPI(4，6-二氨基-2-苯基吲哚)染色顯示，在所有三個時間點，心外膜邊緣都很薄。然而，房室(AV)心外膜下間充質(ACTA2)僅在6.5和9PCW時才在房室溝的上端可見，最后，在心包腔末端，即大動脈進入縱隔的地方，我們觀察到相當數量的帶肺靜脈的縱隔組織(ACTA2)，這只在6.5和9PCW的心臟中才能看到，而ACTA2只在6.5和9PCW的心臟中才能看到，最后在心包腔的末端，大動脈進入縱隔，我們觀察到相當數量的帶有肺靜脈的縱隔組織(ACTA2)，只有在6.5和9PCW的心臟中才能看到ACTA2。總之，IHC染色清楚地揭示了人類心臟發育過程中的時空蛋白表達模式。然而，分析受到一組預先選擇的抗體的使用的限制。
為了不偏不倚地擴展我們的研究，我們使用ST來探索人類心臟發育過程中的全球時空基因表達動態。具體地說，我們沿著背腹軸分別從4.5-5、6.5和9個PCW心臟組織收集了4、9和6個組織切片(圖S1A；表S1A)。聯合數據集由總共3,115個單獨的點(即，相當于包含以下內容的顯微解剖的數據點)組成。每個單元30個(圖S1L-S1O)，平均1700個基因和過濾后3,800個唯一的轉錄本(圖S1B和S1C)。我們通過確定皮爾遜相關性來檢查技術重復之間的相似性，發現所有時間點在基因表達水平方面都是可比較的(圖S1D-S1G)。為了研究三個時間點之間的生物學差異，我們計算了樣本之間的基因表達相關性，發現所有發育階段的整體基因表達模式非常相似(圖S1H-S1J)。然后，我們對所有三個階段的聯合空間(SPOT)基因表達譜進行降維和聚類。我們確定了10個時空保守的簇(圖2D)，并將聚集點映射回其在組織切片中的原始坐標。引人注目的是，這些簇對應于所有三個心臟中定義的解剖區域(圖2E-2G；參見數據S1：https://data.mendeley.com/datasets/zkzvyprd5z/draft?a=c3021f62-a7af-4824-b89d-d7fbfec67902)。主要心肌區域(0、1、2、3和4簇)在所有時間點上都是共享的，并且似乎反映了心臟的生長，因為這些簇中的斑點數量隨著年齡的增長而增加(圖S1K)。與其他兩個年齡組相比，4.5-5歲的PCW組織中OFT和較大血管(第5簇)的表達較低，主要由房室間充質(第6簇)代表。此外，含有血液和免疫細胞的空洞(第8簇)僅由6.5個PCW組織中的斑點表示，該組織比其他兩個心臟含有更多的血液(見STAR方法)。
我們進行了解剖區域之間的差異基因表達(DGE)分析(圖2H；表S2)和每個簇上調基因的基因集富集分析(圖S2A)。與肌肉收縮和發育相關的基因本體(GO)特征在所有心肌簇(0、1、2、3和4)中都被檢測到，而致密心肌(簇0)的代謝豐富。這三個小梁簇(1、2和3)可以通過它們在傳導(簇1和簇2)和氧化代謝(簇3)方面的富集來區分(圖S2A)。此外，2簇顯示了MB和NPPA的差異表達(圖2H)，這與氧轉運和內分泌活性增強有關(Lin et al., 1990)。因此，不同的小梁心肌簇可能對應于小梁的不同成分，如與壁相關的、乳頭肌或浦肯野纖維。心房心肌(簇4)也顯示NPPA(內分泌活性)的差異表達(圖2H)，以及與傳導和心率調節相關的基因(圖S2A)。另一方面，OFT、房室和縱隔間充質，以及心外膜(第5、6、7和9簇)表現出相似的GO特征，它們與細胞外基質相關，并具有不同程度的血管和動脈形態發生。簇5、6和7也豐富了與心臟瓣膜和間隔發育相關的特征(圖S2A)。簇9顯示了心外膜標志物ALDH1A2(Moss et al., 1998)、LRP2和ITLN1以及心外膜和心外膜衍生細胞(EPDC)標志物TBX18的表達(Cai et al., 2008; Wu et al., 2013)(圖2H；表S2)。對OFT簇(簇5)的更深入研究發現，主要在發育后期(6.5和9PCW)的樣本中檢測到了OFT簇，顯示成纖維細胞相關的細胞外基質基因表達豐富(如ELN、SPARC和OGN)和平滑肌相關基因如ACTA2和MYH11的表達(圖2H)。這些標記物在早期4.5-5PCW組織的房室間充質遠端的表達要弱得多(圖S2B)，這意味著當OFT從房室間充質生長出來時，它的肌化和較大血管的形成開始在更遠的地方發展，在那里可以發現心臟神經嵴細胞。
總而言之，這些結果表明，在所研究的時間窗口(4.5-9 PCW)內，空間基因表達在胚胎發育早期建立并一直保持，心臟內部區域之間的基因表達差異比時間點之間的差異更明顯。
6.5-7PCW人胚胎心臟的單細胞基因表達分析
因為ST點含有基因表達特征。平均30個細胞(圖S1L-S1O)，我們用scRNA-seq分析了6.5個PCW組織樣本的基因表達異質性。具體地說，我們檢查了6.5-7PCW樣本的生物復制(即第二個人類胚胎心臟組織樣本)，因為IHC染色表明中間時間點顯示了在其他兩個階段識別的解剖學特征。組織被解剖成兩個區域不同的部分：一個包含OFT、房室結構和大部分心房，另一個包含心室。這促進了細胞的分離，同時保留了所研究的細胞是來自心臟上部還是下部的信息。
使用10X Genomics Chromium workstation，我們生成了3,717個單細胞轉錄組圖譜，在質量調整和過濾之后，平均每個細胞2900個基因，11,000個唯一轉錄本(圖S3A-S3C；表S1B)。
為了驗證這個6.5PCW心臟樣本可以被認為是ST分析的6.5PCW心臟的生物復制，我們比較了兩個樣本的scRNA-seq和ST Bulk基因表達的相似性。觀察到了很強的相關性(r=0.93；圖3A)，證明了生物學比較的合理性。我們鑒定了兩個6.5個PCW樣本之間共有的18,046個基因，其中2,027個基因僅在scRNA-seq樣本中表達，1,174個基因是ST樣本所獨有的。
在ST樣本中唯一檢測到的大多數基因都是Y連鎖基因(例如TTTY14、TTTY15和ZFY)，這是不同性別代表的結果。在scRNA-seq樣本中XIST基因的過表達進一步證實了這一點(Ray et al., 1997)。此外，當檢查僅在scRNA-seq樣本中發現的基因時，我們觀察到與免疫反應(例如FCGR2B和IL6)以及細胞增殖和凋亡(IL1B)相關的基因，表明這些過程在單細胞庫制備之前的解離步驟中被激活。
最后，我們對兩個單細胞組分的基因表達譜進行了降維和聚類，確定了15個細胞簇(圖3B)，并根據標記基因的表達將其分類為細胞類型(表S3)。我們能夠識別已知的心肌細胞類型，從心肌細胞和成纖維細胞到平滑肌細胞和內皮細胞。此外，我們還檢測到三種類型的心肌細胞，即心臟神經嵴細胞、雪旺祖細胞、心外膜細胞、EPDCs(Master and Riley，2014；Sylva et al.，2014)，兩種類型的內皮細胞，以及四種類型的成纖維細胞樣細胞。某些細胞團僅在細胞組分(I)中檢測到(圖3C)，提示心臟上部細胞多樣性豐富，包括OFT、心房肌、房室心外膜下間充質、瓣膜裝置和帶有肺靜脈的縱隔組織。
心臟發育過程中細胞基因表達圖譜的構建
為了闡明人類胚胎心臟中存在的不同細胞類型的空間分布及其空間域的異質性，我們利用ISS的亞細胞空間分辨率，將其應用于ST分析的三個心臟組織，使得以單細胞分辨率進行基因表達的時空分析成為可能。為此，我們設計了一個基因小組，用來自兩個匹配的6.5-7個PCW生物樣本的ST和scRNA-seq分析的信息。具體地說，初始基因組的一半由ST鑒定的關鍵空間標記基因組成，另一半由每個scRNA-seq簇(免疫細胞除外)的標記基因組成，以剖析細胞類型的異質性。我們隨后添加了之前報道的對心臟發育重要的基因，最終得到了69個基因(表S4A和S4B)。在僅使用面板中包括的69個基因對scRNA-seq數據集進行重新聚類后，我們能夠將大多數細胞分配到它們的原始簇；唯一的例外是簇13，其中不包含特定的標記基因(圖S4A-S4C)。我們在所有三個重復的心臟上進行了ISS實驗(表S4C；圖S4D)，并觀察到時間階段內的高度相關性(R2=0.85-0.99)。我們還使用單分子RNA熒光原位雜交(SmFISH)交叉驗證了三個ISS基因探針的結果(圖4)，它產生的模式與測序觀察到的模式相似。
最后，我們使用ISS的功能和pciSeq方法(Qian et al., 2019)創建了在6.5-7PCW胚胎人類心臟中確定的scRNA-seq定義的細胞類型的綜合概率空間細胞圖(圖5)。除了空間位置之外，細胞映射算法利用scRNA-seq數據將讀數分配給各個細胞(圖5A、5C和5E)。我們的空間圖包含20，920個單細胞(即組織切片中細胞總數的76.2%)，這些細胞被成功地分配給scRNA-seq定義的細胞類型(不包括紅細胞和免疫細胞，它們被排除在分析之外)(圖5B和5D)。空間細胞映射證實了ST預測的簇的空間分布，也解決了由不同細胞類型形成的更精細的結構，這些結構位于彼此接近的位置。
用空間分析方法解開細胞類型相似性的糾纏
ISS分析顯示，在6.5-7個PCW心臟中，清晰的空間基因表達模式與所研究的細胞類型的ST和scRNA-seq結果一致(不包括免疫細胞和紅細胞)。圖6A-6B和S5A中給出了三種技術之間一致性的示例。ISS的結果使我們通過將scRNA-seq結果與相應的空間標記基因的結果進行比較，對幾個scRNA-seq簇有了更深入的了解。
值得注意的是，我們在第14簇中確定了兩種細胞類型的亞群：表達ISL1(Engleka et al., 2012)和STMN2(Anderson and Axel, 1985; Groves et al., 1995; Burzynski et al., 2009)的心臟神經嵴細胞和表達ALDH1A1的Schwann祖細胞(Petersen and Adameyko, 2017; Jessen and Mirsky, 2019)(圖6A)。這兩種細胞均存在于縱隔間充質和外膜間充質中，向心外膜下間充質方向也可檢測到雪旺祖細胞。通過分析三個發育階段OFT內這些基因的ISS圖譜，我們發現心臟神經嵴細胞只出現在發育的早期，而雪旺祖細胞只出現在發育的后期(圖6C和6D)，而且，心臟神經嵴細胞在任何時間點都不存在于心外膜下間充質中(圖6E和6F)，但在發育的后期，雪旺祖細胞才出現在這個區域中(圖6C和6D)。
我們還確定了心外膜細胞(第9群)和EPDCs(第3群)之間的主要區別。心外膜細胞以ITLN1的表達為特征，主要分布于心臟周圍的心外膜層。標記基因TBX18在這兩種細胞類型中都有表達(Wu et al., 2013)，而TCF21(Braitsch and Yutzey, 2013)更多地定位于心外膜下，在那里發現了EPDCs(圖6B)。圖6E和圖6F中的時間分析顯示了心外膜細胞(ITLN1，TBX18)和EPDCs(TBX18)在所有三個時間點的房室外膜下間充質內的定位。在4.5-5PCW的心臟中，心外膜幾乎覆蓋在心包表面，只有發育中的心外膜下的痕跡可見。相反，在后兩個時間點，房室心外膜下間充質已經形成并由EPDCs填充。其他技術重復樣本也得到了類似的結果(圖S5B-S5E)。
我們還解剖了由EPDCs(簇3)和成纖維細胞樣細胞(簇2、4、5和8)組成的scRNA-seq簇團聚體(圖3B)。對這些群集進行更深入的檢查發現，它們具有不同的空間位置和獨特的功能屬性(圖S5A和S6)。EPDCs主要存在于房室外膜下間充質(圖6G)，主要參與器官和肌肉的發育(圖S6B)。在成纖維細胞樣細胞中，與簇2相關的細胞主要位于OFT的底部和瓣膜結構內，而與簇5相關的細胞主要位于OFT內，參與OFT的形態發生。房室心外膜下間充質中也有簇5的表達，提示參與了冠狀動脈的形成(圖S6)。群4和群8具有相似的空間格局。但是，第4簇在心外膜下更為明顯，參與結締組織的發育和血管生成，而第8簇則更多地定位于OFT，與動脈和主動脈的形態發生和內皮細胞增殖的調控更具特異性。
重要的是，我們發現了三種類型的心肌細胞(圖3B)，這三種類型的心肌細胞在所有三個研究的發育階段都被檢測到。其中兩個表達心房和心室肌細胞的特異性標記，與其空間定位一致(圖S5A)。相反，第三個群體，表達MYOZ2和FABP3，定位于心房和心室，但以前在人類心臟發育中沒有描述過。我們將這一新的心肌細胞群體命名為Myoz2富集的心肌細胞，因為它最近在成年小鼠心臟中被報道過(Gladka et al., 2018)。
最后，對兩種內皮細胞類型(第0和第10簇)的進一步空間觀察顯示，前一種內皮細胞(稱為毛細血管內皮細胞)主要定位于小梁心肌，那里的血液主要通過較小的血管(主要是毛細血管)供應。相反，后一種類型(注釋為內皮/周細胞/外周細胞)主要定位于致密心肌，冠狀動脈向心臟供應氧合血液(圖S5B-S5E)。總而言之，這些發現證明了空間基因表達分析在區分相對相似的細胞類型的定位和功能方面的關鍵作用。
為了方便我們圖集的使用，我們提供了一個公開可用的網絡資源，用于直觀地探索調節人類心臟發育的空間基因表達模式(https://hdca-Sweden.scilifelab.se/a-Study-on-Human-Heart-Development/)。該資源包含ST和scRNA-seq數據的瀏覽器、ISS信息的查看器和6.5 PCW胚胎心臟的3D查看器。建立3D模型的9個ST組織切片可以詢問全局和單個空間基因表達模式，以便研究心臟器官發生的一般和詳細動力學(圖7A)。此外，從ISS數據導出的空間細胞圖與3D模型對齊，以提供細胞分辨率(圖7B)。
討論
了解調節器官和疾病發展的不同細胞類型的生物學功能、網絡和相互作用需要細胞信息和空間背景。報告了將空間信息與scRNA-seq數據相結合的各種開創性方法(Moncada et al., 2019; Achim et al., 2015; Satija et al., 2015; Karaiskos et al., 2017)。然而，其中大多數是通過利用現有的原位雜交標志性基因數據來研究模式生物發展的計算策略(Achim et al., 2015; Satija et al., 2015; Karaiskos et al., 2017)。由于模型系統不能反映物種之間的細微差異，這類詳細信息不容易應用于人類器官發生的研究。因此，顯然需要人類發育組織的空間分辨單細胞轉錄數據。
在這里，我們提出了一種創新的方法，它結合了三種不同技術(ST、scRNA-seq和ISS)的力量，以單細胞分辨率在器官水平上綜合表征人類心臟形態發生過程中基因表達的空間和時間差異。我們獲得了四個人胚胎心臟的轉錄快照，橫跨三個不同的發育階段(4.5-5，6.5-7和9個PCW)，從而能夠分析心臟結構形成的進程。雖然研究早期人類心臟組織的形成過程非常有趣，但這樣做會帶來很大的實際困難。
這些技術中的每一項都有關鍵功能，使我們能夠生成發育中的人類心臟的分辨率良好的細胞圖譜。我們使用ST的探索能力來確定三個發育階段共有的空間全基因組表達模式。此外，利用scRNA-seq對發育中期的細胞類型異質性進行了降維處理。這兩項技術的結合使我們能夠識別出一套全面的基因探針，這些探針可以總結空間和細胞信息，重現人類心臟發育過程中的整體復雜性。最后，ISS的目標分辨率使我們能夠創建跨越三個發育階段的精細化亞細胞基因表達圖譜。通過這種方式，我們建立了一種在細胞水平上研究人類心臟發育過程中時空基因表達模式的分子方法。
我們協同使用這些技術揭示了全局空間基因表達模式是在胚胎心臟發育的早期(4.5-5PCW)建立的，并一直維持到9PCW。特別是，我們觀察到心室和心房肌、房室間充質、心外膜和OFT區域的保守空間基因表達模式。相反，在三個發育階段，心外膜、EPDC的形成與成纖維細胞、血管結構、纖維環、瓣膜和肌肉結構的形成之間的聯系在時空上存在差異。在這三個發育階段，心外膜、EPDC的形成與成纖維細胞、血管結構、纖維環以及瓣膜和肌肉結構的形成之間的聯系存在時空差異。具體地說，ST鑒定的心外膜空間標記基因在單細胞分析中被標注為心外膜細胞和EPDCs的兩種細胞類型表達。將這些基因包括在我們的ISS基因小組中表明，盡管4.5-5PCW心臟的表面被心外膜細胞覆蓋，但通過上皮到間質的轉變形成EPDC才剛剛開始，在這個發育階段。在發育后期，心外膜下間充質中EPDC的形成一直持續，可能隨后促進了幾種成纖維細胞樣細胞的分化。目前尚不清楚EPDCs是否也能分化為心肌細胞，或通過外體影響心肌細胞的分化。
另一個值得注意的發現是，心臟神經嵴細胞和雪旺祖細胞表現出截然不同的時空模式。具體地說，心臟神經嵴細胞在心臟發育的早期階段獨特地存在于縱隔和OFT中。這證實了Keyte等人(2014)的分析，他認為在這里分析的發育階段，心臟神經嵴細胞是OFT進入主動脈和肺成分的間隔所必需的。相反，雪旺祖細胞在發育后期首先出現在縱隔和OFT。此外，在房室心外膜下間充質區域也只有在發育后期才能看到它們的存在。心臟神經嵴細胞和雪旺祖細胞之間的確切關系尚未最終解決。
我們的方法還使我們能夠識別由EPDCs和四種不同的成纖維細胞樣細胞類型以及兩種內皮細胞類型組成的scRNA-seq簇狀復合體內的差異。在早期的研究中也觀察到了集群成團(DeLaughter et al., 2016; Gladka et al., 2018; Cui et al., 2019)，但之前沒有被解剖過。我們發現，四種成纖維細胞樣細胞類型和兩種內皮細胞類型中的每一種都有特定的空間位置，并在心臟發育過程中發揮不同的功能。此外，我們還發現，一種獨特的成纖維細胞樣細胞類型(成纖維樣細胞/平滑肌細胞，scRNA-seq簇5)與內皮細胞一起，促進了發育中心臟冠狀動脈的形成。
最后，我們鑒定了三種類型的心肌細胞。其中心房和心室心肌細胞分別特異定位于心房和心室，而第三種心肌細胞Myoz2富集存在于兩個解剖區域。重要的是，這個群體有一個類似于最近在成年小鼠心臟中描述的表達譜(Gladka et al., 2018)，但以前在人類心臟發育中沒有描述過。鑒于MYOZ2在肥厚性心肌病的一個亞組中的已知作用，探索這一亞組心肌細胞的生物學功能可以為研究心臟功能和心臟病理機制提供重要信息(Osio et al., 2007)。
總而言之，我們使用單細胞時空方法研究了人類心臟發育，并構建了一種分子方法，可以用來探索其他信息很少的生物的發育過程。我們的方法使得探索組織中的全球空間轉錄模式成為可能，降維描述它們的細胞異質性，并有選擇地針對具有空間異質性表達模式的關鍵基因，這些表達模式是導致細胞類型差異的原因。據我們所知，我們的心臟發育模型是首批具有單細胞空間分辨率的器官范圍的人類發育-轉錄圖譜之一。為了方便它的開發，我們創建了一個公開可用的網絡資源，可以用來研究和可視化2D和3D模型(https://hdca-sweden.scilifelab.se/a-study-on-human-heart-development/)，以了解心臟發育過程中的時空基因表達模式。這些模型清楚地表明，空間和時間信息與單細胞基因表達數據的整合對于識別細胞類型之間的關鍵差異和詳細分析發育中的組織是必不可少的。
