پیشبرد دیدگاه ما در سطح زیر سلولی —

اکنون، زیست‌شناسان سرطان دانشگاه سینسیناتی تکه‌ای از فناوری جدید و یک تکنیک تصویربرداری جدید توسعه داده‌اند که به محققان کمک می‌کند تا نقاط داده‌های دقیق‌تر را جمع‌آوری کنند و هنگام مطالعه توسعه سرطان و بیماری‌های عصبی، سلول‌ها را با جزئیات دقیق‌تر ببینند.

جیاجی دیائو، دکترا، دانشیار دپارتمان بیولوژی سرطان در کالج پزشکی دانشگاه کالیفرنیا، اخیراً مقاله ای را در مورد جزئیات پیشرفت در مجله منتشر کرده است. مواد پیشرفته مراقبت های بهداشتی.

کاوشگر جدید

برخی از تحقیقات Diao بر روی بخش کوچکی در داخل سلول ها به نام لیزوزوم تمرکز دارد که در فرآیندهای سلولی نقش دارد. لیزوزوم یک “ارگانل” یا یک ساختار تخصصی است که وظایف مختلفی را در داخل سلول ها انجام می دهد. به همین ترتیب اندام هایی مانند قلب، کبد، معده و کلیه ها عملکردهای خاصی را برای زنده نگه داشتن یک موجود زنده انجام می دهند، اندامک ها نیز عملکردهای خاصی را برای زنده نگه داشتن یک سلول انجام می دهند. تحقیقات Diao بر روی لیزوزوم‌ها متمرکز است که به عنوان “مرکز بازیافت” در سلول‌ها عمل می‌کنند و به سلول کمک می‌کنند تا از بلوک‌های ساختمانی شکسته یا نادرست برای اهداف مختلف استفاده مجدد کند.

برای انجام کار خود، لیزوزوم ها باید در یک محیط اسیدی باشند و به طور کلی مقدار pH پایینی داشته باشند. با این حال، سطوح غیرطبیعی PH در لیزوزوم ها با عملکرد نادرست سلولی مرتبط است که می تواند منجر به بیماری هایی مانند سرطان و بیماری آلزایمر شود.

به منظور مطالعه چگونگی تغییر سطح pH و تاثیر آن بر لیزوزوم ها و سلول ها، دیائو و تیمش با آزمایشگاه های Dojindo و یوجی سان، دکترا، دانشیار دپارتمان شیمی دانشگاه کالیفرنیا، همکاری کردند تا کاوشگر جدیدی بسازند که به لیزوزوم ها متصل می شود و به طور خاص می باشد. طراحی شده تا جزئیات بیشتری را در اختیار محققان قرار دهد. دیائو گفت که کاوشگر “EC Green” به دست آمده نسل بعدی کاوشگرهای لیزوزوم است و دارای چندین پیشرفت از استانداردهای فعلی صنعت است.

همانطور که از نام آن پیداست، کاوشگر سبز است و زمانی که محیط سلول اسیدی تر می شود، سایه سبز روشن تری پیدا می کند. این اطلاعات بیشتر از کاوشگرهای فعلی که رنگ را تغییر نمی دهند به محققان می دهد و می تواند به شناسایی ارتباط بین تغییرات اسیدیته و سرطانی شدن سلول ها کمک کند.

دیائو گفت که این کاوشگر منحصر به فرد تجزیه و تحلیل چند بعدی دینامیک لیزوزوم، از جمله اطلاعات فضایی، ساختاری و pH را در طول زمان امکان پذیر می کند.

بسیاری از کاوشگرهای موجود در حال حاضر درون لیزوزوم متصل می شوند، که دیائو می گوید مانند قرار دادن یک رشته در داخل یک بالون آبی است. اگر لیزوزوم ترکید، کاوشگر شسته شده و از لیزوزوم جدا می‌شود و دیگر برای اهداف ردیابی مفید نیست.

در مقابل، پروب EC Green به غشای لیزوزوم متصل شده است. حتی اگر لیزوزوم بشکند، مانند یک تکه ریسمان که به قسمت بیرونی یک بالون پاره شده متصل می ماند، در موقعیت خود ثابت می ماند.

دیائو گفت: “بنابراین بسیار پایدار خواهد بود. می توانید آن را برای چند روز در آنجا قرار دهید.” کاوشگر تجاری رایج ناپدید خواهد شد، اما کاوشگر ما برای همیشه دوام خواهد آورد زیرا توسط غشای بیرونی محافظت می شود.

این کاوشگر همچنین به طور ویژه برای ساطع تعداد زیادی فوتون طراحی شده است تا بتواند تصویربرداری با وضوح فوق العاده تحت شدت لیزر بالا را تحمل کند.

دیائو گفت: “وقتی از یک شدت بالا استفاده می کنید، بیشتر کاوشگر عکس سفید می شود. وقتی چیزی را خیلی سخت تحریک کنید، فقط می میرد.”

در حالی که چندین مزیت دارد، دیائو گفت که مهمترین جنبه کاوشگر مفید بودن آن است.

به گفته دیائو، EC Green نسبتاً ارزان است و استفاده از آن برای محققان بسیار سریع و آسان است. حدود 20-30 دقیقه پس از رنگ آمیزی سلول ها با پروب، نمونه ها را می توان شسته و برای مشاهده زیر میکروسکوپ قرار داد.

او گفت: “این بسیار ساده است و هیچ کس با استفاده از آنها مشکلی نخواهد داشت.” “این مفهوم دیگری برای ما در هنگام توسعه کاوشگر جدید بود. ما نمی‌خواهیم همه چیز را آنقدر سخت کنیم، چیزی که می‌خواهیم ساده‌تر کردن همه چیز است.”

Diao و Sun در حال حاضر سخت در حال همکاری بر روی نسل بعدی EC Green هستند که با تبدیل شدن از سبز به قرمز در سطوح مختلف اسیدیته، جزئیات بیشتری را در سطح pH ارائه می دهد. امید است که تا پایان سال 2022 آماده دریافت پتنت و انتشار مقاله دیگری در مورد این کاوشگر جدید باشیم.

نقشه برداری از چشم انداز سلولی

علاوه بر کاوشگر EC Green، Diao و Sun همچنین یک تکنیک تصویربرداری جدید را توسعه داده اند که به محققان اجازه می دهد فاصله، شکل و مکان هر اندامک را به طور دقیق اندازه گیری کنند. این می تواند به ارائه اطلاعات بیشتر در مورد تعامل بین اندامک ها و اینکه چگونه این فعل و انفعالات ممکن است منجر به ایجاد بیماری شود کمک کند.

این تکنیک مبتنی بر میکروسکوپ با وضوح فوق العاده است که تصاویر واضح تری از ذرات در سطح درون سلولی ارائه می دهد.

دیائو گفت: بنابراین ما فاصله نسبی بین اندامک‌هایی مانند لیزوزوم و میتوکندری را اندازه‌گیری می‌کنیم. ما متوجه شدیم که فقط با انجام یک بررسی و نقشه برداری در داخل سلول با استفاده از وضوح فوق العاده خود، می توانیم تغییرات ناشناخته زیادی را در داخل سلول به دست آوریم و کشف کنیم.

در اولین استفاده از روش اندازه‌گیری جدید که در مقاله توضیح داده شد، محققان دریافتند که میتوکندری، اندامک موجود در سلول‌هایی که مسئول تولید انرژی و تنفس هستند، وقتی که به بیماری‌های دژنراتیو تبدیل می‌شوند، بزرگ می‌شوند.

همچنین مشخص شد که لیزوزوم ها در صورت آسیب دیدن میتوکندری تمایل دارند به میتوکندری نزدیکتر شوند. دیائو گفت که تحقیقات بیشتر می تواند به تعیین بیشتر در مورد اینکه چگونه اندازه اندامک ها و قرارگیری اندامک ها در ارتباط با یکدیگر می تواند باعث بیماری شود کمک کند.

افزایش قابلیت ها با هوش مصنوعی

اکنون که تکنیک تصویربرداری اندازه گیری توسعه یافته است، دیائو گفت که این تیم شروع به کار با دانشمندان رایانه برای استفاده از قدرت هوش مصنوعی برای افزایش نحوه استفاده از آن کرده است.

دیائو گفت: «امروزه، اندازه‌گیری‌های زیادی توسط افراد و با یک الگوریتم ساده انجام می‌شود، بنابراین ما هنوز به نیروی انسانی نیاز داریم. ما در حال توسعه هوش مصنوعی، ماشین آلات و هوش هستیم تا سعی کنیم همه چیز را توسط دستگاه انجام دهیم.»

دیائو گفت که امیدواریم الگوریتمی با طیف وسیعی از تصاویر سلول‌های سالم و بیمار آموزش داده شود تا نرم‌افزار بتواند تصویر سلولی را تجزیه و تحلیل کند و سپس پیش‌بینی کند که سرطانی می‌شود یا خیر.

این تکنیک همراه با هوش مصنوعی همچنین می‌تواند برای مطالعه اثربخشی داروها برای درمان بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرد، به عنوان مثال برای دیدن اینکه آیا اندامک‌های خاصی وجود دارند که در ایجاد مقاومت دارویی بیمار در برابر یک داروی خاص نقش دارند.

او گفت: “این به ما توانایی سطح بعدی را می دهد.” در حال حاضر، اکثر مردم به سطح بافت یا سطح بالاتر نگاه می کنند، اما ما می توانیم به سطح زیر سلولی برویم.

با توجه به خرید یک میکروسکوپ جدید از کالج پزشکی UC و گروه بیولوژی سرطان، هر محققی در دانشگاه سینسیناتی یا مرکز پزشکی بیمارستان کودکان سینسیناتی اکنون مجهز شده است تا از نوآوری های آزمایشگاه دیائو در مطالعات آینده بهره ببرد.

دیائو گفت: “بنابراین این همان چیزی است که ما در واقع تلاش می کنیم، تا به افراد بیشتری اجازه دهیم از پیشرفته ترین کاوشگر و پیشرفته ترین تکنیک تصویربرداری برای انجام مطالعه خود استفاده کنند.”