Wektu Pati: Teknologi Anyar Dibutuhake kanggo Akurasi Luwih

Kanggo peneliti sing nyinaoni neurodegenerasi, kekurangan deklarasi "wektu pati" sing tepat kanggo neuron ndadekake angel nemtokake faktor apa sing nyebabake pati sel lan kanggo layar obat-obatan sing bisa nylametake sel tuwa supaya ora mati.              

Saiki, peneliti ing Institut Gladstone wis ngembangake teknologi anyar sing ngidini dheweke nglacak ewonan sel sekaligus lan nemtokake wektu pati sing tepat kanggo sel apa wae ing grup kasebut. Tim kasebut nuduhake, ing makalah sing diterbitake ing jurnal Nature Communications, manawa pendekatan kasebut bisa digunakake ing sel tikus lan manungsa uga ing zebrafish urip, lan bisa digunakake kanggo ngetutake sel sajrone sawetara minggu nganti pirang-pirang wulan.

"Entuk wektu pati sing tepat penting banget kanggo nemokake sabab lan akibat ing penyakit neurodegeneratif," ujare Steve Finkbeiner, MD, PhD, direktur Pusat Sistem lan Terapi ing Gladstone lan penulis senior loro studi anyar. "Iki ngidini kita ngerteni faktor sing langsung nyebabake pati sel, sing kedadeyan, lan bisa uga mekanisme nanggulangi sing nundha pati."

Ing makalah pendamping sing diterbitake ing jurnal Science Advances, para peneliti nggabungake teknologi sensor sel kanthi pendekatan pembelajaran mesin, ngajar komputer kanggo mbedakake sel urip lan sel mati 100 kaping luwih cepet lan luwih akurat tinimbang manungsa.

"Siswa kuliah butuh pirang-pirang wulan kanggo nganalisa data kasebut kanthi tangan, lan sistem anyar kita meh cepet-bener mlaku luwih cepet tinimbang kita bisa entuk gambar anyar ing mikroskop," ujare Jeremy Linsley, PhD, pimpinan program ilmiah ing Finkbeiner. lab lan penulis pisanan loro makalah anyar.

Ngajari Sensor Lawas Trik Anyar

Nalika sel mati - apa wae sabab utawa mekanisme - pungkasane dadi pecah lan membrane rusak. Nanging proses degradasi iki mbutuhake wektu, saengga para ilmuwan angel mbedakake antarane sel sing wis suwe mandheg, sing lara lan mati, lan sing sehat.

Peneliti biasane nggunakake tag fluoresensi utawa pewarna kanggo ngetutake sel sing lara kanthi mikroskop liwat wektu lan nyoba kanggo diagnosa ing ngendi ana ing proses degradasi iki. Akeh pewarna, noda, lan label indikator wis dikembangake kanggo mbedakake sel sing wis mati karo sing isih urip, nanging asring mung bisa digunakake sajrone wektu sing cendhak sadurunge luntur lan uga bisa dadi beracun kanggo sel nalika ditrapake.

"Kita pancene pengin indikator sing tahan kanggo kabeh umur sel - ora mung sawetara jam - banjur menehi sinyal sing jelas mung sawise wektu tartamtu sel kasebut mati," ujare Linsley.

Linsley, Finkbeiner, lan kanca-kancane padha milih sensor kalsium, sing asline dirancang kanggo nglacak tingkat kalsium ing njero sel. Nalika sel mati lan membrané bocor, salah sawijining efek samping yaiku kalsium mlebu ing sitosol banyu sel, sing biasane duwe tingkat kalsium sing relatif sithik.

Dadi, Linsley ngrancang sensor kalsium kanggo manggon ing sitosol, ing ngendi dheweke mung bakal fluoresensi nalika tingkat kalsium mundhak nganti tingkat sing nuduhake pati sel. Sensor anyar, sing dikenal minangka indikator pati sing dikodekan sacara genetis (GEDI, diucapake kaya Jedi ing Star Wars), bisa dilebokake ing sel apa wae lan menehi sinyal yen sel kasebut urip utawa mati sajrone kabeh umur sel.

Kanggo nguji utilitas sensor sing didesain ulang, klompok kasebut nyelehake klompok gedhe neuron-masing-masing ngemot GEDI-ing mikroskop. Sawise nggambarake luwih saka sejuta sel, ing sawetara kasus rawan neurodegenerasi lan ing liyane sing kena pengaruh senyawa beracun, para peneliti nemokake manawa sensor GEDI luwih akurat tinimbang indikator pati sel liyane: ora ana kasus siji ing ngendi sensor kasebut ana. diaktifake lan sel tetep urip. Kajaba iku, saliyane akurasi kasebut, GEDI uga katon ndeteksi pati sel ing tahap luwih awal tinimbang metode sadurunge-cedhak "titik ora bali" kanggo pati sel.

"Iki ngidini sampeyan misahake sel urip lan sel mati kanthi cara sing durung nate ditindakake sadurunge," ujare Linsley.

Deteksi Pati Superhuman

Linsley nyebutake GEDI marang sadulure-Drew Linsley, PhD, asisten profesor ing Universitas Brown sing duwe spesialisasi ing aplikasi intelijen buatan kanggo data biologis skala gedhe. Sadulure nyaranake supaya peneliti nggunakake sensor, ditambah karo pendekatan machine learning, kanggo mulang sistem komputer kanggo ngenali sel otak urip lan mati mung adhedhasar wangun sel.

Tim kasebut nggabungake asil saka sensor anyar kanthi data fluoresensi standar ing neuron sing padha, lan dheweke ngajar model komputer, sing diarani BO-CNN, kanggo ngenali pola fluoresensi khas sing ana gandhengane karo sel sing bakal mati. Model kasebut, sing dituduhake para sedulur Linsley, 96 persen akurat lan luwih apik tinimbang sing bisa ditindakake para pengamat manungsa, lan luwih saka 100 kaping luwih cepet tinimbang cara sadurunge mbedakake sel urip lan sel mati.

"Kanggo sawetara jinis sel, angel banget kanggo wong nemtokake manawa sel kasebut urip utawa mati-nanging model komputer kita, kanthi sinau saka GEDI, bisa mbedakake adhedhasar bagean gambar sing durung dingerteni sadurunge. mbantu mbedakake sel urip lan sel mati, "ujare Jeremy Linsley.

Loro-lorone GEDI lan BO-CNN saiki bakal ngidini para panaliti nindakake studi anyar kanthi tingkat dhuwur kanggo nemokake kapan lan ing ngendi sel otak mati-titik pungkasan sing penting banget kanggo sawetara penyakit sing paling penting. Dheweke uga bisa nampilake obat-obatan supaya bisa nundha utawa ngindhari pati sel ing penyakit neurodegeneratif. Utawa, ing kasus kanker, dheweke bisa nggoleki obat-obatan sing nyepetake pati sel sing lara.

"Teknologi iki minangka pangowahan game ing kemampuan kita kanggo ngerti ngendi, kapan, lan kenapa pati ana ing sel," ujare Finkbeiner. "Kaping pisanan, kita bisa nggunakake kacepetan lan skala sing disedhiyakake dening kemajuan mikroskopi sing dibantu robot kanggo ndeteksi pati sel kanthi luwih akurat, lan nindakake kanthi apik sadurunge mati. Muga-muga iki bisa nyebabake terapi sing luwih spesifik kanggo akeh penyakit neurodegeneratif sing durung bisa ditambani.