Մահվան ժամանակը. ավելի մեծ ճշգրտության համար անհրաժեշտ է նոր տեխնոլոգիա

A HOLD FreeRelease 1 | eTurboNews | eTN

Զարմանալիորեն դժվար է որոշել, թե երբ է ուղեղի բջիջը մեռած: Մանրադիտակի տակ անգործուն և մասնատված երևացող նեյրոնները կարող են օրեր շարունակ մնալ մի տեսակ կյանքի կամ մահվան անորոշության մեջ, և ոմանք հանկարծակի սկսում են նորից ազդանշան տալ՝ իներտ երևալուց հետո:

Հետազոտողների համար, ովքեր ուսումնասիրում են նեյրոդեգեներացիան, նեյրոնների համար «մահվան ժամանակի» ճշգրիտ հայտարարության բացակայությունը դժվարացնում է պարզել, թե ինչ գործոններ են հանգեցնում բջիջների մահվան և հետազոտել դեղամիջոցները, որոնք կարող են փրկել ծերացող բջիջները մահանալուց:              

Այժմ Գլադստոն ինստիտուտի հետազոտողները նոր տեխնոլոգիա են մշակել, որը թույլ է տալիս նրանց միաժամանակ հետևել հազարավոր բջիջների և որոշել խմբի ցանկացած բջիջի մահվան ճշգրիտ պահը: Թիմը Nature Communications ամսագրում հրապարակված հոդվածում ցույց է տվել, որ մոտեցումը գործում է կրծողների և մարդու բջիջներում, ինչպես նաև կենդանի զեբրաձկների մեջ և կարող է օգտագործվել բջիջներին հետևելու համար շաբաթներից մինչև ամիսներ շարունակ:

«Մահվան ճշգրիտ ժամանակը շատ կարևոր է նեյրոդեգեներատիվ հիվանդությունների պատճառն ու հետևանքը բացահայտելու համար», - ասում է Սթիվ Ֆինկբայները, բ.գ.թ., Գլադստոնի Համակարգերի և թերապևտիկ կենտրոնի տնօրեն և երկու նոր ուսումնասիրությունների ավագ հեղինակ: «Դա թույլ է տալիս պարզել, թե որ գործոններն են անմիջականորեն առաջացնում բջիջների մահ, որոնք են պատահական և որոնք կարող են լինել հաղթահարման մեխանիզմները, որոնք հետաձգում են մահը»:

Science Advances ամսագրում հրապարակված ուղեկից հոդվածում հետազոտողները միավորել են բջջային սենսորային տեխնոլոգիան մեքենայական ուսուցման մոտեցման հետ՝ սովորեցնելով համակարգչին տարբերել կենդանի և մեռած բջիջները 100 անգամ ավելի արագ և ճշգրիտ, քան մարդը:

«Քոլեջի ուսանողներին ամիսներ են պահանջվել ձեռքով վերլուծելու այս տեսակի տվյալները, և մեր նոր համակարգը գրեթե ակնթարթային է, այն իրականում ավելի արագ է աշխատում, քան մենք կարող ենք նոր պատկերներ ստանալ մանրադիտակի վրա», - ասում է Ջերեմի Լինսլին, PhD, Ֆինկբայների գիտական ​​ծրագրի ղեկավարը: լաբորատորիա և երկու նոր աշխատությունների առաջին հեղինակը:

Հին սենսորին սովորեցնել նոր հնարքներ

Երբ բջիջները մահանում են, ինչ էլ որ լինի պատճառը կամ մեխանիզմը, նրանք ի վերջո մասնատվում են, և դրանց թաղանթները այլասերվում են։ Բայց դեգրադացիայի այս գործընթացը ժամանակ է պահանջում, ինչը գիտնականներին դժվարացնում է տարբերակել բջիջները, որոնք վաղուց դադարել են գործել, հիվանդ և մահացող բջիջները և առողջները:

Հետազոտողները սովորաբար օգտագործում են լյումինեսցենտային պիտակներ կամ ներկանյութեր՝ ժամանակի ընթացքում մանրադիտակով հետևելու հիվանդ բջիջներին և փորձում են ախտորոշել, թե որտեղ են դրանք դեգրադացման գործընթացում: Շատ ցուցիչ ներկեր, բծեր և պիտակներ են մշակվել՝ արդեն մեռած բջիջները դեռ կենդանիներից տարբերելու համար, բայց դրանք հաճախ գործում են միայն կարճ ժամանակահատվածում՝ մինչև գունաթափվելը և կարող են նաև թունավոր լինել բջիջների համար, երբ դրանք կիրառվում են:

«Մենք իսկապես ուզում էինք այնպիսի ցուցանիշ, որը տևի բջիջի ողջ կյանքի ընթացքում, ոչ թե մի քանի ժամ, և այնուհետև հստակ ազդանշան տա միայն բջիջի մահանալու կոնկրետ պահից հետո», - ասում է Լինսլին:

Լինսլին, Ֆինքբայները և նրանց գործընկերները համատեղ ընտրել են կալցիումի սենսորներ, որոնք ի սկզբանե նախատեսված էին բջջի ներսում կալցիումի մակարդակը հետևելու համար: Երբ բջիջը մահանում է, և նրա թաղանթները ծակվում են, կողմնակի ազդեցություններից մեկն այն է, որ կալցիումը ներթափանցում է բջջի ջրային ցիտոզոլ, որը սովորաբար ունի կալցիումի համեմատաբար ցածր մակարդակ:

Այսպիսով, Լինսլին նախագծել է կալցիումի սենսորները, որպեսզի բնակվեն ցիտոզոլում, որտեղ դրանք կլուսավորվեն միայն այն ժամանակ, երբ կալցիումի մակարդակը բարձրանա մինչև այն մակարդակը, որը ցույց է տալիս բջիջների մահը: Նոր սենսորները, որոնք հայտնի են որպես գենետիկորեն կոդավորված մահվան ցուցիչ (GEDI, արտասանվում է ինչպես Ջեդայը «Աստղային պատերազմներում»), կարող են տեղադրվել ցանկացած տեսակի բջջի մեջ և ազդանշան տալ, որ բջիջը կենդանի է կամ մեռած բջիջի ողջ կյանքի ընթացքում:

Վերանախագծված սենսորների օգտակարությունը ստուգելու համար խումբը մանրադիտակի տակ դրեց նեյրոնների մեծ խմբեր, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում էր GEDI: Ավելի քան մեկ միլիոն բջիջ տեսնելուց հետո, որոնք որոշ դեպքերում հակված են նեյրոդեգեներացիայի, իսկ մյուսներում՝ թունավոր միացությունների ազդեցությանը, հետազոտողները պարզեցին, որ GEDI սենսորը շատ ավելի ճշգրիտ է, քան բջիջների մահվան այլ ցուցանիշները. ակտիվացավ, և մի բջիջ մնաց կենդանի: Ավելին, ի հավելումն այդ ճշգրտության, GEDI-ն, թվում էր, նաև հայտնաբերում էր բջիջների մահը ավելի վաղ փուլում, քան նախորդ մեթոդները՝ մոտ բջիջների մահվան «անվերադարձ կետին»:

«Սա թույլ է տալիս առանձնացնել կենդանի և մեռած բջիջները այնպես, ինչպես նախկինում հնարավոր չէր», - ասում է Լինսլին:

Գերմարդկային մահվան հայտնաբերում

Լինսլին նշել է GEDI-ն իր եղբորը՝ Դրյու Լինսլիին, բ.գ.թ., Բրաունի համալսարանի ասիստենտ, ով մասնագիտացած է արհեստական ​​ինտելեկտի կիրառման մեջ լայնածավալ կենսաբանական տվյալների վրա: Նրա եղբայրն առաջարկել է հետազոտողներին օգտագործել սենսորը՝ զուգորդված մեքենայական ուսուցման մոտեցմամբ, որպեսզի համակարգչային համակարգին սովորեցնեն ճանաչել կենդանի և մահացած ուղեղի բջիջները՝ հիմնվելով միայն բջջի ձևի վրա:

Թիմը միավորել է նոր սենսորից ստացված արդյունքները նույն նեյրոնների վրա ստանդարտ ֆլյուորեսցենտային տվյալների հետ, և նրանք սովորեցրել են համակարգչային մոդելին, որը կոչվում է BO-CNN, ճանաչել տիպիկ ֆլյուորեսցենտային օրինաչափությունները, որոնք կապված են մահացող բջիջների տեսքի հետ: Լինսլի եղբայրները ցույց տվեցին, որ մոդելը 96 տոկոսով ճշգրիտ էր և ավելի լավ, քան մարդկային դիտորդները կարող են անել, և ավելի քան 100 անգամ ավելի արագ էր, քան կենդանի և մեռած բջիջները տարբերելու նախորդ մեթոդները:

«Բջջների որոշ տեսակների համար մարդու համար չափազանց դժվար է հասկանալ՝ բջիջը կենդանի է, թե մեռած, բայց մեր համակարգչային մոդելը, սովորելով GEDI-ից, կարողացավ տարբերակել դրանք՝ հիմնվելով պատկերների մասերի վրա, որոնք մենք նախկինում չգիտեինք։ Օգտակար էին կենդանի և մահացած բջիջները տարբերելու հարցում»,- ասում է Ջերեմի Լինսլին:

Ե՛վ GEDI-ն, և՛ BO-CNN-ն այժմ թույլ կտան հետազոտողներին իրականացնել նոր, բարձր արդյունավետությամբ ուսումնասիրություններ՝ պարզելու, թե երբ և որտեղ են մահանում ուղեղի բջիջները, ինչը շատ կարևոր վերջնակետ է որոշ ամենակարևոր հիվանդությունների համար: Նրանք կարող են նաև հետազոտել դեղամիջոցները՝ նեյրոդեգեներատիվ հիվանդությունների դեպքում բջիջների մահը հետաձգելու կամ խուսափելու ունակության համար: Կամ քաղցկեղի դեպքում նրանք կարող են դեղեր փնտրել, որոնք արագացնում են հիվանդ բջիջների մահը։

«Այս տեխնոլոգիաները փոխում են մեր կարողությունը՝ հասկանալու, թե որտեղ, երբ և ինչու է մահը տեղի ունենում բջիջներում», - ասում է Ֆինքբայները: «Առաջին անգամ մենք կարող ենք իսկապես օգտագործել ռոբոտի օգնությամբ մանրադիտակի առաջընթացի արագությունն ու մասշտաբը, որպեսզի ավելի ճշգրիտ հայտնաբերենք բջիջների մահը, և դա անել մահվան պահից շատ առաջ: Հուսով ենք, որ դա կարող է հանգեցնել ավելի կոնկրետ թերապևտիկ բազմաթիվ նեյրոդեգեներատիվ հիվանդությունների համար, որոնք մինչ այժմ անբուժելի են եղել»:

Մասին հեղինակի

Լինդա Հոնհոլցի ավատար

Լինդա Հոնհոլց

համար գլխավոր խմբագիր eTurboNews հիմնված eTN-ի գլխավոր գրասենյակում:

Բաժանորդագրվել
Տեղեկացնել
հյուր
0 մեկնաբանություններ
Ներառված արձագանքներ
Դիտեք բոլոր մեկնաբանությունները
0
Կցանկանայիք ձեր մտքերը, խնդրում եմ մեկնաբանեք:x
Տարածեք...