Өлім уақыты: жоғары дәлдік үшін қажет жаңа технология

Нейродегенерацияны зерттейтін зерттеушілер үшін нейрондарға арналған «өлім уақыты» туралы нақты мәлімдеменің болмауы жасуша өліміне қандай факторлар әкелетінін анықтауды және қартаю жасушаларын өлуден сақтайтын дәрілерді тексеруді қиындатады.              

Енді Гладстон институтының зерттеушілері бір уақытта мыңдаған жасушаны қадағалап, топтағы кез келген жасушаның өлімінің нақты сәтін анықтауға мүмкіндік беретін жаңа технологияны әзірледі. Команда Nature Communications журналында жарияланған мақалада бұл әдіс кеміргіштер мен адам жасушаларында, сондай-ақ тірі зебрабалықтарда жұмыс істейтінін және оны бірнеше аптадан бірнеше айға дейін жасушаларды бақылау үшін қолдануға болатындығын көрсетті.

«Нейродегенеративті аурулардың себебі мен салдарын анықтау үшін өлімнің нақты уақытын анықтау өте маңызды», - дейді Стив Финкбейнер, MD, PhD, Гладстондағы Жүйелер мен терапия орталығының директоры және екі жаңа зерттеудің де аға авторы. «Бұл қандай факторлар жасушаның өліміне тікелей себеп болатынын, қайсысы кездейсоқ және өлімді кешіктіретін механизмдер болуы мүмкін екенін анықтауға мүмкіндік береді».

Science Advances журналында жарияланған қосымша мақалада зерттеушілер жасуша сенсоры технологиясын машиналық оқыту әдісімен біріктіріп, компьютерге тірі және өлі жасушаларды адамға қарағанда 100 есе жылдам және дәлірек ажыратуды үйретті.

Финкбейнердің ғылыми бағдарламасының жетекшісі Джереми Линсли, PhD докторы: «Колледж студенттеріне мұндай деректерді қолмен талдауға бірнеше ай қажет болды, ал біздің жаңа жүйе дерлік лезде жұмыс істейді — ол шын мәнінде микроскопта жаңа кескіндерді алуымызға қарағанда жылдамырақ жұмыс істейді», - дейді Джереми Линсли, PhD. зертханасы және екі жаңа мақаланың бірінші авторы.

Ескі сенсорға жаңа амалдарды үйрету

Жасушалар өлгенде, себебі немесе механизмі қандай болса да, олар ақырында бөлшектенеді және олардың мембраналары бұзылады. Бірақ бұл деградация процесі уақытты қажет етеді, бұл ғалымдардың жұмысын әлдеқашан тоқтатқан жасушаларды, ауру және өліп жатқандарды және сау жасушаларды ажыратуды қиындатады.

Зерттеушілер әдетте флуоресцентті белгілерді немесе бояғыштарды уақыт өте келе микроскоппен ауру жасушаларды бақылап, олардың осы деградация процесінде қай жерде екенін диагностикалауға тырысады. Өлген жасушаларды тірі жасушалардан ажырату үшін көптеген индикаторлық бояғыштар, дақтар және белгілер әзірленді, бірақ олар көбінесе бозармай тұрып қысқа уақыт аралығында ғана жұмыс істейді және оларды қолданған кезде жасушаларға улы болуы мүмкін.

Линсли: «Біз шынымен де жасушаның бірнеше сағатқа ғана емес, бүкіл өміріне созылатын, содан кейін жасуша өлгеннен кейін ғана нақты сигнал беретін индикаторды қалаймыз», - дейді.

Линсли, Финкбейнер және олардың әріптестері бастапқыда жасуша ішіндегі кальций деңгейін бақылауға арналған кальций сенсорларын таңдады. Жасуша өліп, оның қабықшалары ағып жатқанда, бір жанама әсер - кальцийдің әдетте салыстырмалы түрде төмен деңгейі бар жасушаның сулы цитозолына кальций түсуі.

Осылайша, Линсли кальций датчиктерін цитозольде тұру үшін құрастырды, онда олар кальций деңгейі жасуша өлімін көрсететін деңгейге көтерілгенде ғана флуоресцентті болады. Генетикалық кодталған өлім индикаторы (GEDI, Жұлдызды соғыстардағы Джеди сияқты айтылады) ретінде белгілі жаңа сенсорлар жасушаның кез келген түріне енгізіліп, жасушаның бүкіл өмір бойы тірі немесе өлі екенін хабарлай алады.

Қайта жобаланған сенсорлардың пайдалылығын тексеру үшін топ микроскоптың астына әрқайсысында GEDI бар нейрондардың үлкен топтарын орналастырды. Кейбір жағдайларда нейродегенерацияға бейім, ал басқаларында улы қосылыстарға ұшыраған миллионнан астам жасушаларды визуализациялаудан кейін зерттеушілер GEDI сенсоры жасушалардың өлімінің басқа көрсеткіштеріне қарағанда әлдеқайда дәлірек екенін анықтады: сенсордың бірде-бір жағдайы болған жоқ. белсендіріліп, жасуша тірі қалды. Сонымен қатар, дәлдікпен қатар, GEDI жасуша өлімін алдыңғы әдістерге қарағанда ерте кезеңде анықтағандай болды - жасуша өлімінің «қайтарылмайтын нүктесіне» жақын.

«Бұл тірі және өлі жасушаларды бұрын-соңды болмағандай ажыратуға мүмкіндік береді», - дейді Линсли.

Төтенше адам өлімін анықтау

Линсли GEDI туралы ағасына — Дрю Линслиге, PhD докторы, Браун университетінің ассистенті, ауқымды биологиялық деректерге жасанды интеллект қолдануға маманданған. Оның ағасы зерттеушілерге компьютерлік жүйені тек жасуша пішініне негізделген тірі және өлі ми жасушаларын тануға үйрету үшін сенсорды машиналық оқыту әдісімен бірге пайдалануды ұсынды.

Топ жаңа сенсордың нәтижелерін бірдей нейрондардағы стандартты флуоресценция деректерімен біріктірді және олар өліп жатқан жасушалардың қалай көрінетінімен байланысты әдеттегі флуоресценция үлгілерін тануды BO-CNN деп аталатын компьютерлік модельге үйретті. Ағайынды Линсли үлгі көрсеткендей, 96% дәл және адам бақылаушылары жасай алатыннан жақсырақ болды және тірі және өлі жасушаларды ажыратудың бұрынғы әдістерінен 100 есе жылдамырақ болды.

«Кейбір жасуша түрлері үшін адамға жасушаның тірі немесе өлі екенін анықтау өте қиын, бірақ біздің компьютерлік модель GEDI-ден сабақ ала отырып, оларды біз бұрын білмейтін кескіндердің бөліктеріне сүйене отырып ажырата алды. тірі және өлі жасушаларды ажыратуға көмектесті», - дейді Джереми Линсли.

GEDI және BO-CNN енді зерттеушілерге ми жасушаларының қашан және қайда өлетінін анықтау үшін жаңа, жоғары өнімді зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді - бұл кейбір маңызды аурулардың өте маңызды соңғы нүктесі. Олар сондай-ақ нейродегенеративті ауруларда жасушалардың өлімін кешіктіру немесе болдырмау қабілетіне арналған препараттарды скринингке түсіре алады. Немесе қатерлі ісік жағдайында олар ауру жасушалардың өлімін тездететін дәрілерді іздей алады.

Финкбейнер: «Бұл технологиялар жасушаларда өлімнің қайда, қашан және неліктен болатынын түсіну қабілетіміздегі ойынды өзгертеді», - дейді. «Алғаш рет біз робот көмегімен микроскопияның жетістіктері арқылы қамтамасыз етілген жылдамдық пен масштабты жасуша өлімін дәлірек анықтау үшін пайдалана аламыз және мұны өлім сәтінен бұрын жасай аламыз. Бұл көптеген нейродегенеративті ауруларды емдеудің нақты әдістеріне әкелуі мүмкін деп үміттенеміз ».