Wire News

Време на смртта: Потребна е нова технологија за поголема точност

Напишано од уредник

Изненадувачки е тешко да се каже кога мозочната клетка е мртва. Невроните кои изгледаат како неактивни и фрагментирани под микроскоп, можат да опстојуваат во некаква неизвесност за живот или смрт со денови, а некои одеднаш повторно почнуваат да сигнализираат откако ќе се појават инертни.

За истражувачите кои ја проучуваат невродегенерацијата, овој недостаток на прецизна декларација за „времето на смртта“ за невроните го отежнува утврдувањето на факторите кои водат до клеточна смрт и скрининг на лекови кои би можеле да ги спасат старечките клетки од умирање.              

Сега, истражувачите од институтот Гладстон развија нова технологија која им овозможува да следат илјадници клетки истовремено и да го одредат точниот момент на смрт за која било клетка во групата. Тимот покажа, во трудот објавен во списанието Nature Communications, дека пристапот функционира кај глодарските и човечките клетки, како и кај живите зебра риби и може да се користи за следење на клетките во период од недели до месеци.

„Да се ​​добие прецизно време на смртта е многу важно за откривање на причината и последицата кај невродегенеративните болести“, вели Стив Финкбајнер, д-р, д-р, директор на Центарот за системи и терапевтика во Гладстон и постар автор на двете нови студии. „Тоа ни овозможува да откриеме кои фактори директно предизвикуваат клеточна смрт, кои се случајни и кои можат да бидат механизми за справување што ја одложуваат смртта“.

Во придружниот труд објавен во списанието Science Advances, истражувачите ја комбинираа технологијата на сензорот на клетките со пристапот за машинско учење, учејќи го компјутерот како да разликува живи и мртви клетки 100 пати побрзо и попрецизно од човекот.

„На студентите им требаа месеци да ги анализираат овие податоци рачно, а нашиот нов систем е скоро моментален - тој всушност работи побрзо отколку што можеме да добиеме нови слики на микроскопот“, вели Џереми Линсли, д-р, научна програма водач во Финкбејнер. лабораторија и првиот автор на двата нови труда.

Поучување на стар сензор за нови трикови

Кога клетките умираат - без оглед на причината или механизмот - тие на крајот стануваат фрагментирани и нивните мембрани дегенерираат. Но, овој процес на деградација бара време, што им отежнува на научниците да направат разлика помеѓу клетките кои одамна престанале да функционираат, оние кои се болни и умираат и оние кои се здрави.

Истражувачите обично користат флуоресцентни ознаки или бои за да ги следат заболените клетки со микроскоп со текот на времето и да се обидат да дијагностицираат каде се наоѓаат во овој процес на деградација. Многу индикаторски бои, дамки и етикети се развиени за да се разликуваат веќе мртвите клетки од оние што се уште се живи, но тие често делуваат само во кратки временски периоди пред да избледат и можат да бидат токсични за клетките кога се нанесуваат.

„Навистина сакавме индикатор што ќе трае цел живот на клетката - не само неколку часа - и потоа дава јасен сигнал само по конкретниот момент кога клетката умира“, вели Линсли.

Линсли, Финкбајнер и нивните колеги кооптираа сензори за калциум, првично дизајнирани да ги следат нивоата на калциум во клетката. Како што клетката умира и нејзините мембрани протекуваат, еден несакан ефект е тоа што калциумот навлегува во водениот цитозол на клетката, кој вообичаено има релативно ниски нивоа на калциум.

Така, Линсли ги конструирал сензорите за калциум да живеат во цитозолот, каде што ќе флуоресираат само кога нивото на калциум ќе се зголеми на ниво што укажува на клеточна смрт. Новите сензори, познати како генетски кодиран индикатор за смрт (GEDI, изговорен како Џедај во Војна на ѕвездите), може да се вметнат во било кој тип на клетка и да сигнализираат дека клетката е жива или мртва во текот на целиот животен век на клетката.

За да ја тестираат корисноста на редизајнираните сензори, групата поставила големи групи на неврони - секој од нив содржи GEDI - под микроскоп. Откако визуелизираа повеќе од милион клетки, во некои случаи склони кон невродегенерација, а во други изложени на токсични соединенија, истражувачите открија дека сензорот GEDI е многу попрецизен од другите индикатори за клеточна смрт: немаше ниту еден случај кога сензорот беше се активира и една клетка остана жива. Згора на тоа, покрај таа точност, GEDI исто така се чинеше дека открива клеточна смрт во порана фаза од претходните методи - блиску до „точката од која нема враќање“ за клеточната смрт.

„Ова ви овозможува да ги разделите живите и мртвите клетки на начин на кој досега не бил возможен“, вели Линсли.

Откривање на натчовечка смрт

Линсли му го спомна GEDI на својот брат - д-р Дру Линсли, асистент професор на Универзитетот Браун, кој е специјализиран за примена на вештачка интелигенција за биолошки податоци од големи размери. Неговиот брат предложи истражувачите да го користат сензорот, заедно со пристапот за машинско учење, за да го научат компјутерскиот систем да препознава живи и мртви мозочни клетки само врз основа на формата на клетката.

Тимот ги спои резултатите од новиот сензор со стандардни флуоресцентни податоци на истите неврони, и тие научија компјутерски модел, наречен BO-CNN, да ги препознае типичните обрасци на флуоресценција поврзани со тоа како изгледаат клетките што умираат. Моделот, покажаа браќата Линсли, бил 96 отсто прецизен и подобар од она што го можат човечките набљудувачи и бил повеќе од 100 пати побрз од претходните методи за разликување живи и мртви клетки.

„За некои типови на клетки, за човекот е исклучително тешко да сфати дали клетката е жива или мртва - но нашиот компјутерски модел, учејќи од GEDI, можеше да ги разликува врз основа на делови од сликите што претходно не ги знаевме. беа корисни во разликувањето живи и мртви клетки“, вели Џереми Линсли.

И GEDI и BO-CNN сега ќе им овозможат на истражувачите да спроведат нови, високопропусни студии за да откријат кога и каде умираат мозочните клетки - многу важна крајна точка за некои од најважните болести. Тие исто така можат да ги прегледаат лековите за нивната способност да ја одложат или избегнат клеточната смрт кај невродегенеративните болести. Или, во случај на рак, тие можат да бараат лекови кои ја забрзуваат смртта на заболените клетки.

„Овие технологии ја менуваат играта во нашата способност да разбереме каде, кога и зошто настанува смртта во клетките“, вели Финкбајнер. „За прв пат, навистина можеме да ја искористиме брзината и обемот обезбедени од напредокот во микроскопијата со помош на роботи за попрецизно да ја откриеме клеточната смрт и да го направиме тоа добро пред моментот на смртта. Се надеваме дека ова може да доведе до поспецифична терапија за многу невродегенеративни болести кои досега биле неизлечиви“.

Поврзани вести

За авторот

уредник

Главен уредник за eTurboNew е Линда Хонхолц. Таа е со седиште во седиштето на eTN во Хонолулу, Хаваи.

Оставете коментар

Споделете на...