آخرین مطالب

فناوری جدید «زمان مرگ» دقیق‌تری را به سلول‌ها اختصاص می‌دهد


فناوری جدید «زمان مرگ» دقیق‌تری را به سلول‌ها اختصاص می‌دهد

محققان گلادستون فناوری جدیدی را برای مطالعه آسان تر عواملی که می توانند منجر به مرگ سلولی شوند، در شرایطی از جمله بیماری های عصبی توسعه می دهند. اعتبار: موسسه مایکل شورت/گلادستون

تشخیص اینکه چه زمانی یک سلول مغز مرده است به طرز شگفت آوری سخت است. نورون هایی که در زیر میکروسکوپ غیرفعال و تکه تکه به نظر می رسند می توانند برای روزها در نوعی برزخ مرگ یا زندگی باقی بمانند و برخی از آنها پس از بی اثر شدن ناگهان دوباره شروع به سیگنال دهی می کنند. برای محققانی که تحلیل عصبی را مطالعه می‌کنند، این فقدان اعلام دقیق «زمان مرگ» برای نورون‌ها، تعیین عواملی که منجر به مرگ سلولی می‌شوند و غربالگری داروهایی که ممکن است سلول‌های پیر را از مرگ نجات دهند، دشوار می‌سازد.

اکنون، محققان مؤسسه گلادستون فناوری جدیدی توسعه داده‌اند که به آنها امکان می‌دهد هزاران سلول را در یک زمان ردیابی کنند و لحظه دقیق مرگ را برای هر سلول در گروه تعیین کنند. این تیم در مقاله ای که در مجله منتشر شد نشان داد ارتباطات طبیعتاین رویکرد در سلول‌های جوندگان و انسان و همچنین در گورخرماهی‌های زنده کار می‌کند و می‌توان از آن برای پیگیری سلول‌ها در مدت چند هفته تا چند ماه استفاده کرد.

استیو فینکبینر، MD، Ph.D.، مدیر مرکز سیستم ها و درمان در گلادستون و نویسنده ارشد هر دو مطالعه جدید، می گوید: «دریافت زمان دقیق مرگ برای کشف علت و معلول در بیماری های عصبی بسیار مهم است. این به ما امکان می‌دهد بفهمیم که چه عواملی مستقیماً باعث مرگ سلولی می‌شوند، کدام‌ها اتفاقی هستند، و کدام مکانیسم‌های مقابله‌ای هستند که مرگ را به تاخیر می‌اندازند.»

در مقاله همراه منتشر شده در مجله پیشرفت علممحققان فناوری حسگر سلولی را با رویکرد یادگیری ماشینی ترکیب کردند و به رایانه یاد دادند که چگونه سلول‌های زنده و مرده را 100 برابر سریع‌تر و دقیق‌تر از انسان تشخیص دهد.

جرمی لینزلی، Ph.D.، یک برنامه علمی می گوید: «دانشجویان کالج ماه ها طول کشید تا این نوع داده ها را با دست تجزیه و تحلیل کنند، و سیستم جدید ما تقریباً آنی است – در واقع سریعتر از آن چیزی است که بتوانیم تصاویر جدیدی را روی میکروسکوپ به دست آوریم.» رهبر آزمایشگاه Finkbeiner و اولین نویسنده هر دو مقاله جدید.

آموزش ترفندهای جدید حسگر قدیمی

هنگامی که سلول ها می میرند – علت یا مکانیسم هر چه باشد – در نهایت تکه تکه می شوند و غشاهای آنها تحلیل می روند. اما این فرآیند تخریب زمان می برد و تشخیص سلول هایی که مدت هاست از کار افتاده اند، آن هایی که بیمار هستند و در حال مرگ هستند و سلول هایی که سالم هستند را برای دانشمندان دشوار می کند.

محققان معمولاً از برچسب‌ها یا رنگ‌های فلورسنت برای پیگیری سلول‌های بیمار با میکروسکوپ در طول زمان استفاده می‌کنند و سعی می‌کنند تشخیص دهند که در کجای این فرآیند تخریب قرار دارند. بسیاری از رنگ‌ها، لکه‌ها و برچسب‌های شاخص برای تشخیص سلول‌های مرده از سلول‌هایی که هنوز زنده هستند ایجاد شده‌اند، اما اغلب آنها فقط در مدت زمان کوتاهی قبل از محو شدن عمل می‌کنند و همچنین می‌توانند هنگام استفاده برای سلول‌ها سمی باشند.

لینزلی می‌گوید: «ما واقعاً می‌خواستیم نشان‌دهنده‌ای داشته باشیم که برای تمام طول عمر سلول – نه فقط چند ساعت – دوام داشته باشد و تنها پس از لحظه‌ای که سلول می‌میرد، سیگنال واضحی بدهد.

Linsley، Finkbeiner و همکارانشان حسگرهای کلسیمی را انتخاب کردند که در ابتدا برای ردیابی سطوح کلسیم در داخل سلول طراحی شده بود. هنگامی که یک سلول می میرد و غشاهای آن نشت می کند، یک عارضه جانبی آن این است که کلسیم به سیتوزول آبکی سلول که معمولاً سطوح نسبتاً پایینی از کلسیم دارد، نفوذ می کند.

بنابراین، لینزلی حسگرهای کلسیم را طوری مهندسی کرد که در سیتوزول قرار گیرند، جایی که تنها زمانی که سطح کلسیم به سطحی افزایش یابد که نشان دهنده مرگ سلولی باشد، فلورسانس می‌شوند. حسگرهای جدید که به عنوان نشانگر مرگ رمزگذاری شده ژنتیکی شناخته می شوند (GEDI که مانند Jedi در تلفظ می شود جنگ ستارگان)، می تواند در هر نوع سلولی قرار داده شود و سیگنال زنده یا مرده بودن سلول در تمام طول عمر سلول را نشان دهد.

برای آزمایش سودمندی حسگرهای بازطراحی شده، گروه گروه‌های بزرگی از نورون‌ها – هر کدام حاوی GEDI – را در زیر میکروسکوپ قرار دادند. پس از تجسم بیش از یک میلیون سلول، در برخی موارد مستعد تخریب عصبی و در برخی دیگر در معرض ترکیبات سمی، محققان دریافتند که سنسور GEDI بسیار دقیق‌تر از سایر شاخص‌های مرگ سلولی است: هیچ موردی وجود نداشت که حسگر آن را نشان دهد. فعال شد و یک سلول زنده ماند. علاوه بر این، علاوه بر این دقت، به نظر می‌رسد که GEDI مرگ سلولی را در مراحلی زودتر از روش‌های قبلی تشخیص می‌دهد – نزدیک به “نقطه بدون بازگشت” برای مرگ سلولی.

لینزلی می‌گوید: «این به شما امکان می‌دهد سلول‌های زنده و مرده را به روشی جدا کنید که قبلاً هرگز امکان‌پذیر نبود.

تشخیص مرگ فوق بشری

لینزلی GEDI را به برادرش – درو لینزلی، دکترا، استادیار دانشگاه براون که در کاربرد هوش مصنوعی برای داده‌های بیولوژیکی در مقیاس بزرگ تخصص دارد، اشاره کرد. برادر او پیشنهاد کرد که محققان از این حسگر همراه با رویکرد یادگیری ماشینی استفاده کنند تا به سیستم کامپیوتری آموزش دهند تا سلول‌های زنده و مرده مغز را تنها بر اساس شکل سلول تشخیص دهد.

این تیم نتایج حاصل از حسگر جدید را با داده‌های فلورسانس استاندارد روی همان نورون‌ها همراه کرد و یک مدل کامپیوتری به نام BO-CNN را آموزش داد تا الگوهای فلورسانس معمولی مرتبط با ظاهر سلول‌های در حال مرگ را تشخیص دهد. این مدل که برادران لینزلی نشان دادند، 96 درصد دقیق و بهتر از آنچه ناظران انسانی می‌توانند انجام دهند، بود و بیش از 100 برابر سریع‌تر از روش‌های قبلی تمایز سلول‌های زنده و مرده بود.

برای برخی از انواع سلول، تشخیص زنده یا مرده بودن یک سلول برای فرد بسیار دشوار است- اما مدل کامپیوتری ما، با یادگیری از GEDI، توانست آنها را بر اساس بخش‌هایی از تصاویری که قبلاً نمی‌دانستیم متمایز کند. جرمی لینزلی می گوید: در تشخیص سلول های زنده و مرده مفید بودند.

هم GEDI و هم BO-CNN اکنون به محققان اجازه می دهند تا مطالعات جدید و با کارایی بالا را برای کشف زمان و مکان مرگ سلول های مغز انجام دهند – نقطه پایانی بسیار مهم برای برخی از مهم ترین بیماری ها. آنها همچنین می توانند داروها را از نظر توانایی آنها در به تاخیر انداختن یا جلوگیری از مرگ سلولی در بیماری های تخریب کننده عصبی غربالگری کنند. یا در مورد سرطان، آنها می توانند داروهایی را جستجو کنند که مرگ سلول های بیمار را تسریع می کند.

فینکبینر می‌گوید: «این فناوری‌ها در توانایی ما برای درک مکان، زمان و چرایی وقوع مرگ در سلول‌ها، بازی را تغییر می‌دهند. “برای اولین بار، ما واقعاً می‌توانیم از سرعت و مقیاس ارائه شده توسط پیشرفت‌های میکروسکوپ به کمک ربات برای تشخیص دقیق‌تر مرگ سلولی استفاده کنیم و این کار را قبل از لحظه مرگ به خوبی انجام دهیم. امیدواریم این بتواند به درمان‌های خاص‌تری منجر شود. برای بسیاری از بیماری های عصبی که تاکنون غیرقابل درمان بوده اند.”


مرا بخور: سیگنال سلولی مرگ


اطلاعات بیشتر:
جرمی دبلیو لینزلی و همکاران، تشخیص مرگ سلولی ابرانسان با شبکه‌های عصبی بهینه‌شده با نشانگرهای زیستی، پیشرفت علم (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abf8142

جرمی دبلیو. لینزلی و همکاران، نشانگرهای مرگ سلولی رمزگذاری شده ژنتیکی (GEDI) برای تشخیص تعهد برگشت ناپذیر اولیه به تخریب عصبی، ارتباطات طبیعت (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25549-9

ارائه شده توسط موسسه گلادستون

نقل قول: فناوری جدید «زمان مرگ» دقیق‌تری را به سلول‌ها اختصاص می‌دهد (2021، 8 دسامبر) در 8 دسامبر 2021 از https://medicalxpress.com/news/2021-12-tech-assigns-accurate-death-cells.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.