Ħin tal-Mewt: Teknoloġija Ġdida Meħtieġa għal Preċiżjoni Akbar

Għar-riċerkaturi li jistudjaw in-newrodeġenerazzjoni, dan in-nuqqas ta’ dikjarazzjoni preċiża ta’ “ħin tal-mewt” għan-newroni jagħmilha diffiċli biex jiġu identifikati liema fatturi jwasslu għall-mewt taċ-ċelluli u biex jiġu skrinjati mediċini li jistgħu jsalvaw liċ-ċelloli li qed jixjieħu milli jmutu.              

Issa, riċerkaturi fl-Istituti Gladstone żviluppaw teknoloġija ġdida li tħallihom isegwu eluf ta 'ċelluli kull darba u jiddeterminaw il-mument preċiż tal-mewt għal kwalunkwe ċellula fil-grupp. It-tim wera, f'dokument ippubblikat fil-ġurnal Nature Communications, li l-approċċ jaħdem fiċ-ċelloli tal-annimali gerriema u tal-bniedem kif ukoll fi ħdan il-ħut zebra ħaj, u jista 'jintuża biex isegwi ċ-ċelloli fuq perjodu ta' ġimgħat sa xhur.

"Il-ksib ta 'ħin preċiż tal-mewt huwa importanti ħafna biex jinqata' l-kawża u l-effett f'mard newrodeġenerattiv," jgħid Steve Finkbeiner, MD, PhD, direttur taċ-Ċentru għas-Sistemi u Terapewtika fi Gladstone u awtur anzjan taż-żewġ studji ġodda. "Tħallilna nagħrfu liema fatturi qed jikkawżaw direttament il-mewt taċ-ċelluli, liema huma inċidentali, u liema jistgħu jkunu mekkaniżmi li jlaħħqu li jdewmu l-mewt."

F'dokument ieħor ippubblikat fil-ġurnal Science Advances, ir-riċerkaturi għaqqdu t-teknoloġija tas-sensorju taċ-ċelluli ma 'approċċ ta' tagħlim bil-magni, u jgħallmu kompjuter kif jiddistingwi ċelluli ħajjin u mejta 100 darba aktar malajr u b'mod aktar preċiż minn bniedem.

"Huma ħadet xhur mill-istudenti tal-kulleġġ biex janalizzaw din it-tip ta' data bl-idejn, u s-sistema l-ġdida tagħna hija kważi istantanja—fil-fatt taħdem aktar malajr milli nistgħu nakkwistaw immaġini ġodda fuq il-mikroskopju," jgħid Jeremy Linsley, PhD, mexxej tal-programm xjentifiku fil-Finkbeiner's. lab u l-ewwel awtur taż-żewġ karti ġodda.

Tagħlim Sensor Qadim Tricks Ġodda

Meta ċ-ċelloli jmutu—kun xi tkun il-kawża jew il-mekkaniżmu—eventwalment isiru frammentati u l-membrani tagħhom jiddeġeneraw. Iżda dan il-proċess ta 'degradazzjoni jieħu ż-żmien, u jagħmilha diffiċli għax-xjenzati biex jiddistingwu bejn ċelluli li ilhom li waqfu jiffunzjonaw, dawk li huma morda u qed imutu, u dawk li huma b'saħħithom.

Ir-riċerkaturi tipikament jużaw tikketti jew żebgħa fluworexxenti biex isegwu ċelluli morda b'mikroskopju maż-żmien u jippruvaw jiddijanjostikaw fejn qegħdin f'dan il-proċess ta 'degradazzjoni. Ġew żviluppati ħafna żebgħa indikaturi, tbajja ', u tikketti biex jiddistingwu ċ-ċelloli diġà mejta minn dawk li għadhom ħajjin, iżda ħafna drabi jaħdmu biss fuq perjodi qosra ta' żmien qabel ma jisparixxu u jistgħu wkoll ikunu tossiċi għaċ-ċelloli meta jiġu applikati.

"Aħna ridna ħafna indikatur li jdum għal ħajtu kollha—mhux biss ftit sigħat—u mbagħad jagħti sinjal ċar biss wara l-mument speċifiku li ċ-ċellula tmut," tgħid Linsley.

Linsley, Finkbeiner, u l-kollegi tagħhom għażlu sensuri tal-kalċju, oriġinarjament iddisinjati biex isegwu l-livelli tal-kalċju ġewwa ċellola. Hekk kif ċellula tmut u l-membrani tagħha jsiru leaky, effett sekondarju wieħed huwa li l-kalċju jgħaġġel fiċ-ċitosol idemmi taċ-ċellula, li normalment ikollu livelli relattivament baxxi ta 'kalċju.

Għalhekk, Linsley fassal is-sensuri tal-kalċju biex jirrisjedu fiċ-ċitosol, fejn jiffluworexxew biss meta l-livelli tal-kalċju jiżdiedu għal livell li jindika mewt taċ-ċelluli. Is-sensuri l-ġodda, magħrufa bħala indikatur tal-mewt ikkodifikat ġenetikament (GEDI, ippronunzjat bħal Jedi fi Star Wars), jistgħu jiddaħħlu fi kwalunkwe tip ta 'ċellula u jindikaw li ċ-ċellula hija ħajja jew mejta matul il-ħajja kollha taċ-ċellula.

Biex tittestja l-utilità tas-sensuri ddisinjati mill-ġdid, il-grupp poġġa gruppi kbar ta 'newroni—kull wieħed fih GEDI—taħt il-mikroskopju. Wara li viżwalizzaw aktar minn miljun ċellula, f'xi każijiet suxxettibbli għal newrodeġenerazzjoni u f'oħrajn esposti għal komposti tossiċi, ir-riċerkaturi sabu li s-sensor GEDI kien ferm aktar preċiż minn indikaturi oħra tal-mewt taċ-ċelluli: ma kienx hemm każ wieħed fejn is-senser kien attivat u ċellula baqgħet ħajja. Barra minn hekk, minbarra dik l-eżattezza, GEDI deher ukoll li jiskopri l-mewt taċ-ċelluli fi stadju aktar bikri minn metodi preċedenti—qrib il-"punt ta 'ebda ritorn" għall-mewt taċ-ċelluli.

“Dan jippermettilek tissepara ċ-ċelloli ħajjin u mejta b’mod li qatt ma kien possibbli qabel,” tgħid Linsley.

Sejbien ta' Mewt Sovruman

Linsley semma GEDI lil ħuh—Drew Linsley, PhD, assistent professur fl-Università Brown li jispeċjalizza fl-applikazzjoni ta 'intelliġenza artifiċjali għal data bijoloġika fuq skala kbira. Ħu ssuġġerixxa li r-riċerkaturi jużaw is-sensor, flimkien ma 'approċċ ta' tagħlim bil-magni, biex jgħallmu sistema tal-kompjuter biex tirrikonoxxi ċelloli tal-moħħ ħajjin u mejta bbażati biss fuq il-forma taċ-ċellula.

It-tim għaqqad ir-riżultati mis-senser il-ġdid ma 'dejta standard ta' fluworexxenza fuq l-istess newroni, u għallmu mudell tal-kompjuter, imsejjaħ BO-CNN, biex jagħraf ix-xejriet tipiċi ta 'fluworexxenza assoċjati ma' kif jidhru ċ-ċelloli li qed imutu. Il-mudell, urew l-aħwa Linsley, kien 96 fil-mija preċiż u aħjar minn dak li jistgħu jagħmlu l-osservaturi umani, u kien aktar minn 100 darba aktar mgħaġġel minn metodi preċedenti ta 'differenzjazzjoni taċ-ċelloli ħajjin u mejta.

“Għal xi tipi ta’ ċelluli, huwa estremament diffiċli għal persuna li taqbad jekk ċellula hijiex ħajja jew mejta—iżda l-mudell tal-kompjuter tagħna, billi tgħallem minn GEDI, kien kapaċi jiddifferenzjahom abbażi ta’ partijiet mill-immaġini li ma konnax konna nafu qabel kienu taʼ għajnuna biex jiddistingwu ċelluli ħajjin u mejta,” jgħid Jeremy Linsley.

Kemm il-GEDI kif ukoll il-BO-CNN issa se jippermettu lir-riċerkaturi jwettqu studji ġodda u b'rendiment għoli biex jiskopru meta u fejn imutu ċ-ċelloli tal-moħħ—endpoint importanti ħafna għal xi wħud mill-aktar mardiet importanti. Jistgħu wkoll jeżaminaw il-mediċini għall-kapaċità tagħhom li jdewmu jew jevitaw il-mewt taċ-ċelluli f'mard newrodeġenerattiv. Jew, fil-każ tal-kanċer, jistgħu jfittxu mediċini li jħaffu l-mewt taċ-ċelluli morda.

"Dawn it-teknoloġiji jbiddlu l-logħob fil-kapaċità tagħna li nifhmu fejn, meta, u għaliex il-mewt isseħħ fiċ-ċelloli," jgħid Finkbeiner. “Għall-ewwel darba, nistgħu verament nisfruttaw il-veloċità u l-iskala pprovduti mill-avvanzi fil-mikroskopija assistita bir-robot biex niskopru b’mod aktar preċiż il-mewt taċ-ċelluli, u nagħmlu dan sew qabel il-mument tal-mewt. Nittamaw li dan jista’ jwassal għal terapewtiċi aktar speċifiċi għal ħafna mard newrodeġenerattiv li s’issa ma kienx jitfejjaq.”