Napsauta tätä, jos tämä on lehdistötiedotteesi!

Kuoleman aika: Uutta teknologiaa tarvitaan parempaan tarkkuuteen

Kirjoittanut toimittaja

On yllättävän vaikea sanoa, milloin aivosolu on kuollut. Neuronit, jotka näyttävät inaktiivisilta ja pirstoutuneilta mikroskoopin alla, voivat pysyä eräänlaisessa elämän tai kuoleman epävarmuudessa päiviä, ja jotkut alkavat yhtäkkiä signaloida uudelleen nähtyään inerttejä.

Tulosta ystävällinen, PDF ja sähköposti

Hermosolujen rappeutumista tutkiville tutkijoille tämä hermosolujen tarkan "kuolemanajan" ilmoituksen puuttuminen tekee vaikeaksi määrittää, mitkä tekijät johtavat solukuolemaan, ja seuloa lääkkeitä, jotka voivat säästää ikääntyviä soluja kuolemalta.              

Nyt Gladstone Institutesin tutkijat ovat kehittäneet uuden teknologian, jonka avulla he voivat seurata tuhansia soluja kerrallaan ja määrittää ryhmän minkä tahansa solun tarkan kuolinhetken. Ryhmä osoitti Nature Communications -lehdessä julkaistussa artikkelissa, että lähestymistapa toimii jyrsijä- ja ihmissoluissa sekä elävissä seeprakaloissa, ja sitä voidaan käyttää solujen seuraamiseen viikoista kuukausiin.

"Täsmällisen kuolinajan saaminen on erittäin tärkeää hermoston rappeutumissairauksien syyn ja seurauksen selvittämisessä", sanoo Steve Finkbeiner, MD, PhD, Gladstonen järjestelmä- ja terapiakeskuksen johtaja ja molempien uusien tutkimusten vanhempi kirjoittaja. "Sen avulla voimme selvittää, mitkä tekijät aiheuttavat suoraan solukuolemaa, mitkä ovat satunnaisia ​​ja mitkä saattavat olla selviytymismekanismeja, jotka viivästävät kuolemaa."

Science Advances -lehdessä julkaistussa artikkelissa tutkijat yhdistivät solusensoriteknologian koneoppimislähestymistapaan, ja he opettivat tietokonetta erottamaan eläviä ja kuolleita soluja 100 kertaa nopeammin ja tarkemmin kuin ihminen.

"Kesti korkeakouluopiskelijoilta kuukausia analysoida tällaisia ​​tietoja käsin, ja uusi järjestelmämme on lähes välitön – se itse asiassa toimii nopeammin kuin saamme uusia kuvia mikroskoopilla", sanoo Jeremy Linsley, PhD, tieteellisen ohjelman johtaja Finkbeiner'sista. lab ja molempien uusien julkaisujen ensimmäinen kirjoittaja.

Opettaa vanhalle anturille uusia temppuja

Kun solut kuolevat – oli syy tai mekanismi mikä tahansa – ne lopulta pirstoutuvat ja niiden kalvot rappeutuvat. Mutta tämä hajoamisprosessi vie aikaa, minkä vuoksi tutkijoiden on vaikea erottaa toisistaan ​​solut, jotka ovat lakanneet toimimasta kauan sitten, sairaat ja kuolevat sekä terveet solut.

Tutkijat käyttävät tyypillisesti fluoresoivia merkkejä tai väriaineita seuratakseen sairaita soluja mikroskoopilla ajan mittaan ja yrittääkseen diagnosoida, missä ne ovat tässä hajoamisprosessissa. Monet indikaattorivärit, tahrat ja etiketit on kehitetty erottamaan jo kuolleet solut vielä elävistä, mutta ne toimivat usein vain lyhyen ajan ennen haalistumista ja voivat myös olla myrkyllisiä soluille, kun niitä käytetään.

"Halusimme todella indikaattorin, joka kestää solun koko eliniän - ei vain muutamaa tuntia - ja antaa sitten selkeän signaalin vasta tietyn hetken jälkeen, kun solu kuolee", Linsley sanoo.

Linsley, Finkbeiner ja heidän kollegansa valitsivat yhdessä kalsiumantureita, jotka oli alun perin suunniteltu seuraamaan kalsiumtasoja solun sisällä. Kun solu kuolee ja sen kalvot vuotavat, yksi sivuvaikutus on, että kalsiumia ryntää solun vetiseen sytosoliin, jossa on normaalisti suhteellisen vähän kalsiumia.

Joten Linsley suunnitteli kalsiumanturit sijaitsemaan sytosolissa, missä ne fluoresoivat vain, kun kalsiumtasot nousivat tasolle, joka osoittaa solukuoleman. Uudet anturit, jotka tunnetaan geneettisesti koodatun kuolemanilmaisimena (GEDI, lausutaan kuten Jedi Star Warsissa), voidaan sijoittaa minkä tahansa tyyppiseen soluun ja ne osoittavat, että solu on elossa tai kuollut solun koko elinkaaren ajan.

Uudelleensuunniteltujen antureiden hyödyllisyyden testaamiseksi ryhmä asetti suuria hermosoluryhmiä, joista jokainen sisälsi GEDI:n, mikroskoopin alle. Visualisoimalla yli miljoona solua, jotka joissakin tapauksissa olivat hermoston rappeutumiseen alttiita ja joissakin tapauksissa altistuneet myrkyllisille yhdisteille, tutkijat havaitsivat, että GEDI-sensori oli paljon tarkempi kuin muut solukuoleman indikaattorit: ei ollut yhtäkään tapausta, jossa anturi olisi ollut aktivoitui ja solu pysyi hengissä. Lisäksi tämän tarkkuuden lisäksi GEDI näytti myös havaitsevan solukuoleman aikaisemmassa vaiheessa kuin aiemmat menetelmät - lähellä solukuoleman "ei paluuta".

"Tämän avulla voit erottaa elävät ja kuolleet solut tavalla, joka ei ole koskaan ollut mahdollista", Linsley sanoo.

Yli-inhimillisen kuoleman havaitseminen

Linsley mainitsi GEDI:n veljelleen - Drew Linsleylle, PhD, Brownin yliopiston apulaisprofessorille, joka on erikoistunut tekoälyn soveltamiseen laajamittaiseen biologiseen dataan. Hänen veljensä ehdotti, että tutkijat käyttäisivät sensoria yhdistettynä koneoppimislähestymistapaan tietokonejärjestelmän opettamiseen tunnistamaan eläviä ja kuolleita aivosoluja vain solun muodon perusteella.

Ryhmä yhdisti uuden anturin tulokset samojen hermosolujen vakiofluoresenssitietoihin ja opetti tietokonemallia, nimeltään BO-CNN, tunnistamaan tyypilliset fluoresenssimallit, jotka liittyvät siihen, miltä kuolevat solut näyttävät. Linsleyn veljesten osoittama malli oli 96 prosenttia tarkka ja parempi kuin mitä ihmistarkkailijat voivat tehdä, ja se oli yli 100 kertaa nopeampi kuin aiemmat menetelmät elävien ja kuolleiden solujen erottamiseksi.

"Joissakin solutyypeissä ihmisen on äärimmäisen vaikeaa pohtia, onko solu elossa vai kuollut - mutta tietokonemallimme pystyi GEDI:stä oppimalla erottamaan ne kuvien osien perusteella, joita emme olleet aiemmin tunteneet. olivat hyödyllisiä elävien ja kuolleiden solujen erottamisessa", Jeremy Linsley sanoo.

Sekä GEDI että BO-CNN antavat nyt tutkijoille mahdollisuuden suorittaa uusia, tehokkaita tutkimuksia selvittääkseen, milloin ja missä aivosolut kuolevat - erittäin tärkeä päätepiste joillekin tärkeimmistä sairauksista. He voivat myös seuloa lääkkeitä niiden kyvyn viivyttää tai välttää solukuolemaa hermoston rappeutumissairauksissa. Tai syövän tapauksessa he voivat etsiä lääkkeitä, jotka nopeuttavat sairaiden solujen kuolemaa.

"Nämä teknologiat muuttavat kykyämme ymmärtää, missä, milloin ja miksi soluissa kuolee", Finkbeiner sanoo. "Ensimmäistä kertaa voimme todella hyödyntää robottiavusteisen mikroskopian edistymisen tarjoamaa nopeutta ja mittakaavaa solukuoleman havaitsemiseksi tarkemmin, ja teemme sen hyvissä ajoin ennen kuoleman hetkeä. Toivomme, että tämä voi johtaa spesifisempään hoitoon moniin hermostoa rappeutuviin sairauksiin, jotka ovat tähän mennessä olleet parantumattomia."

Tulosta ystävällinen, PDF ja sähköposti

Kirjailijasta

toimittaja

Päätoimittaja on Linda Hohnholz.

Jätä kommentti