Klik hier as dit jou persverklaring is!

Tyd van dood: Nuwe tegnologie benodig vir groter akkuraatheid

Geskryf deur redakteur

Dit is verbasend moeilik om te sê wanneer 'n breinsel dood is. Neurone wat onaktief en gefragmenteerd voorkom onder die mikroskoop kan dae lank in 'n soort van lewe-of-dood-limbo voortduur, en sommige begin skielik weer sein nadat hulle inert voorgekom het.

Print Friendly, PDF & Email

Vir navorsers wat neurodegenerasie bestudeer, maak hierdie gebrek aan 'n presiese "tyd van dood"-verklaring vir neurone dit moeilik om vas te stel watter faktore tot seldood lei en om middels te skerm wat verouderende selle kan red om te sterf.              

Nou het navorsers by Gladstone Institute 'n nuwe tegnologie ontwikkel waarmee hulle duisende selle op 'n slag kan opspoor en die presiese oomblik van dood vir enige sel in die groep kan bepaal. Die span het in 'n referaat wat in die joernaal Nature Communications gepubliseer is, gewys dat die benadering in knaagdier- en menslike selle sowel as binne lewende sebravisse werk en gebruik kan word om die selle oor 'n tydperk van weke tot maande te volg.

"Om 'n presiese tyd van dood te kry, is baie belangrik vir die ontrafeling van oorsaak en gevolg in neurodegeneratiewe siektes," sê Steve Finkbeiner, MD, PhD, direkteur van die Sentrum vir Stelsels en Terapeutika by Gladstone en senior skrywer van beide nuwe studies. "Dit laat ons uitvind watter faktore direk seldood veroorsaak, wat toevallig is, en watter meganismes kan wees wat die dood vertraag."

In 'n metgesel-artikel wat in die joernaal Science Advances gepubliseer is, het die navorsers die selsensortegnologie gekombineer met 'n masjienleerbenadering, wat 'n rekenaar leer hoe om lewende en dooie selle 100 keer vinniger en meer akkuraat as 'n mens te onderskei.

"Dit het universiteitstudente maande geneem om hierdie soort data met die hand te ontleed, en ons nuwe stelsel is amper oombliklik - dit loop eintlik vinniger as wat ons nuwe beelde op die mikroskoop kan verkry," sê Jeremy Linsley, PhD, 'n wetenskaplike programleier in Finkbeiner se laboratorium en die eerste skrywer van beide nuwe vraestelle.

Leer 'n ou sensor nuwe truuks

Wanneer selle sterf - wat ook al die oorsaak of meganisme - word hulle uiteindelik gefragmenteer en hul membrane degenereer. Maar hierdie afbraakproses neem tyd, wat dit vir wetenskaplikes moeilik maak om te onderskei tussen selle wat lankal nie meer funksioneer nie, dié wat siek is en sterf, en dié wat gesond is.

Navorsers gebruik tipies fluoresserende etikette of kleurstowwe om siek selle oor tyd met 'n mikroskoop te volg en probeer om te diagnoseer waar hulle binne hierdie afbraakproses is. Baie aanwyserkleurstowwe, vlekke en etikette is ontwikkel om die reeds dooie selle te onderskei van dié wat nog lewendig is, maar dit werk dikwels net oor kort tydperke voordat dit vervaag en kan ook giftig wees vir die selle wanneer dit toegedien word.

"Ons wou regtig 'n aanwyser hê wat vir 'n sel se hele leeftyd hou - nie net 'n paar uur nie - en dan eers 'n duidelike sein gee na die spesifieke oomblik wat die sel doodgaan," sê Linsley.

Linsley, Finkbeiner en hul kollegas het kalsiumsensors gekoöpteer, wat oorspronklik ontwerp is om vlakke van kalsium binne 'n sel op te spoor. Soos 'n sel sterf en sy membrane lek, is een newe-effek dat kalsium in die sel se waterige sitosol instorm, wat normaalweg relatief lae kalsiumvlakke het.

Dus, Linsley het die kalsiumsensors ontwerp om in die sitosol te woon, waar hulle slegs sou fluoresseer wanneer kalsiumvlakke toegeneem het tot 'n vlak wat seldood aandui. Die nuwe sensors, bekend as geneties-gekodeerde doodsaanwyser (GEDI, uitgespreek soos Jedi in Star Wars), kan in enige tipe sel geplaas word en aandui dat die sel lewendig of dood is oor die sel se hele leeftyd.

Om die nut van die herontwerpte sensors te toets, het die groep groot groepe neurone - wat elk GEDI bevat - onder die mikroskoop geplaas. Na die visualisering van meer as 'n miljoen selle, in sommige gevalle geneig tot neurodegenerasie en in ander blootgestel aan giftige verbindings, het die navorsers bevind dat die GEDI-sensor baie meer akkuraat was as ander seldood-aanwysers: daar was nie 'n enkele geval waar die sensor was geaktiveer en 'n sel het aan die lewe gebly. Daarbenewens het GEDI, benewens daardie akkuraatheid, ook seldood op 'n vroeër stadium as vorige metodes opgespoor - naby die "punt van geen terugkeer" vir seldood.

"Dit laat jou toe om lewende en dooie selle te skei op 'n manier wat nog nooit voorheen moontlik was nie," sê Linsley.

Bomenslike doodsopsporing

Linsley het GEDI genoem aan sy broer-Drew Linsley, PhD, 'n assistent-professor aan die Brown Universiteit wat spesialiseer in die toepassing van kunsmatige intelligensie op grootskaalse biologiese data. Sy broer het voorgestel dat die navorsers die sensor, tesame met 'n masjienleerbenadering, gebruik om 'n rekenaarstelsel te leer om lewende en dooie breinselle te herken net op grond van die vorm van die sel.

Die span het resultate van die nuwe sensor gekoppel aan standaard fluoressensiedata op dieselfde neurone, en hulle het 'n rekenaarmodel, genaamd BO-CNN, geleer om die tipiese fluoressensiepatrone te herken wat verband hou met hoe sterwende selle lyk. Die model, het die Linsley-broers gewys, was 96 persent akkuraat en beter as wat menslike waarnemers kan doen, en was meer as 100 keer vinniger as vorige metodes om lewende en dooie selle te onderskei.

"Vir sommige seltipes is dit uiters moeilik vir 'n persoon om vas te stel of 'n sel lewendig of dood is - maar ons rekenaarmodel, deur van GEDI te leer, was in staat om hulle te onderskei op grond van dele van die beelde wat ons nie voorheen geken het nie. was behulpsaam om lewende en dooie selle te onderskei,” sê Jeremy Linsley.

Beide GEDI en BO-CNN sal die navorsers nou toelaat om nuwe, hoë-deurset studies uit te voer om te ontdek wanneer en waar breinselle sterf - 'n baie belangrike eindpunt vir sommige van die belangrikste siektes. Hulle kan ook dwelms ondersoek vir hul vermoë om seldood in neurodegeneratiewe siektes te vertraag of te vermy. Of, in die geval van kanker, kan hulle soek na middels wat die dood van siek selle verhaas.

"Hierdie tegnologieë is spelwisselaars in ons vermoë om te verstaan ​​waar, wanneer en hoekom die dood in selle voorkom," sê Finkbeiner. “Vir die eerste keer kan ons werklik die spoed en skaal wat deur vooruitgang in robotondersteunde mikroskopie verskaf word, benut om seldood meer akkuraat op te spoor, en doen dit lank voor die oomblik van dood. Ons hoop dit kan lei tot meer spesifieke terapieë vir baie neurodegeneratiewe siektes wat tot dusver ongeneesbaar was.”

Print Friendly, PDF & Email

Oor die skrywer

redakteur

Hoofredakteur is Linda Hohnholz.

Laat 'n boodskap