SCOUT به محققان کمک می کند تا تفاوتهای قابل توجهی بین اندامکها را تعیین و تعیین کنند – ScienceDaily


توانایی پرورش اندامکهای مغزی یا “مغزهای کوچک” با استفاده از سلولهای بنیادی مشتق شده از انسان ، به دانشمندان مدلهای دستکاری آزمایشی رشد عصبی و بیماریهای انسانی را داده است ، اما بدون چالشهای گیج کننده. هیچ دو اندامک شبیه هم نیستند و هیچکدام شبیه مغز واقعی نیستند. این مشکل با “دانه برف” با انجام مقایسه های کمی قابل توجه علمی که برای دستیابی به آن دشوار است مانع علم می شود. برای کمک به محققان برای غلبه بر این محدودیت ها ، عصب شناسان و مهندسان موسسه فناوری ماساچوست خط لوله جدیدی را برای پاکسازی ، برچسب گذاری ، تصویربرداری سه بعدی و آنالیز دقیق ارگانوئیدها ایجاد کرده اند.

این فرآیند که “SCOUT” برای “تجزیه و تحلیل تک سلولی و سلولی و معماری ارگانوئیدها با استفاده از تکنیک های بی طرفانه” نامیده می شود ، می تواند ویژگی های قابل مقایسه ای را در بین کل اندامک ها با وجود منحصر به فرد بودن آنها بدست آورد ، قابلیتی که محققان طی سه مطالعه موردی در گزارش جدید خود نشان دادند. گزارش های علمی. به عنوان مثال ، در یک مورد ، تیم گزارش الگوی جدیدی از ناهنجاری های ارگانوئیدی ناشی از عفونت ویروس Zika را ارائه داد ، و اطلاعات جدیدی را در مورد اینکه چرا نوزادانی که از مادران آلوده متولد می شوند می توانند نقص عصبی شدید داشته باشند ، ارائه دادند.

الكساندر آلبانی ، دانشمند در آزمایشگاه نویسنده ارشد مقاله ، دانشیار كوانگون ، گفت: “هنگام كار با پارچه های طبیعی ، همیشه می توانید آنها را با استفاده از یك اطلس استاندارد تقسیم كنید ، بنابراین مقایسه سیب با سیب آسان است.” چونگ وی افزود: “اما وقتی هر اندامك دانه برفی است و از ویژگی های منحصر به فرد خود برخوردار است ، از كجا می دانید كه تنوعی كه مشاهده می كنید ناشی از خود الگو است نه سوال بیولوژیكی كه می خواهید پاسخ دهید؟” از سیستم مقایسه کمی. “

Albanese این مطالعه را با دانشجوی سابق انستیتوی فناوری ماساچوست ، جاستین سوئین ، رهبری می کند. چونگ گفت که با به اشتراک گذاشتن بسیاری از نوآوری ها در پردازش ، برچسب گذاری و تجزیه و تحلیل بافت در آزمایشگاه خود ، امیدوار است که پیشرفت پزشکی را تسریع کند.

چونگ ، محقق م Instituteسسه یادگیری و حافظه پیکاور ، گفت: “ما در حال توسعه همه این فناوری ها هستیم تا بتوانیم درک جامع تری از سیستم های بیولوژیکی پیچیده را که برای تسریع سرعت کشف و توسعه استراتژی های درمانی ضروری است ، فراهم کنیم.” و موسسه مهندسی و علوم پزشکی و همچنین استاد مهندسی شیمی و مغز و علوم شناختی. “گسترش این فناوری ها به همان اندازه توسعه آنها برای تأثیرگذاری در دنیای واقعی مهم است.”

معماری انتزاعی

چندین فناوری از آزمایشگاه چونگ از اجزای خط لوله SCOUT هستند. این فرآیند از زمانی شروع می شود که اندامک ها از نظر نوری شفاف می شوند تا بتوانند ساختار سه بعدی خود را دست نخورده نشان دهند – یک توانایی کلیدی ، به گفته چانگ ، برای مطالعه کامل اندامک ها به عنوان سیستم های در حال توسعه. مرحله بعدی SCOUT تزریق اندامک های خالص شده با برچسب های آنتی بادی است که پروتئین های خاص را هدف قرار می دهد تا بر هویت و فعالیت سلولی تأکید کند. تیم چانگ با اندامک های تمیز و برچسب خورده ، آنها را با میکروسکوپ نوری تصویربرداری کرده تا تصویر کاملی از کل اندامک را در یک وضوح سلول واحد جمع آوری کند. در کل ، هر اندامک حدود 150 گیگابایت داده تجزیه و تحلیل خودکار از نرم افزار SCOUT تولید می کند که اساساً توسط Swaney کدگذاری می شود.

فرآیند با عملکرد بالا امکان پردازش بسیاری از اندامکها را فراهم می کند ، اطمینان حاصل می کند که تیم های تحقیقاتی می توانند نمونه های زیادی را در آزمایشات خود قرار دهند.

آلبانیز گفت ، این تیم برچسب های آنتی بادی خود را از نظر استراتژیک انتخاب کرده است. به منظور شناسایی الگوهای سلولی که در طول تکوین ارگانوئیدها اتفاق می افتد ، تیم تصمیم گرفت پروتئین های خاص سلولهای عصبی اولیه (TBR1) و سلولهای مولد گلیال شعاعی (SOX2) را برچسب گذاری کند ، زیرا سازمان آنها بر رشد قشر پایین دست تأثیر می گذارد. این تیم SCOUT را با الگوریتم هایی پر کرد تا دقیقاً هر سلول جداگانه را در هر اندام شناسایی کند.

از آنجا ، SCOUT می تواند الگوهای معماری معمولی را شناسایی کند ، مانند شناسایی مکان هایی که چنین سلول هایی در آن دسته بندی می شوند یا مناطق با تنوع بیشتر ، و اینکه جمعیت سلول های مختلف از بطن ها یا فضاهای توخالی چقدر نزدیک یا دور است. با رشد مغز و اندامک ها ، سلول ها در اطراف بطن ها سازمان یافته و سپس به صورت شعاعی مهاجرت می کنند. با استفاده از روش های مبتنی بر هوش مصنوعی ، SCOUT توانست الگوهای جمعیت سلول های مختلف را از هر محفظه ردیابی کند. با همکاری این سیستم ، تیم می تواند شباهت ها و تفاوت ها را در پیکربندی سلول ها یا معماری های معماری سلول در هر اندام شناسایی کند.

در پایان ، محققان توانستند مجموعه ای از تقریباً 300 ویژگی را برای مقایسه اندامک های مختلف از سلول های تک سلول تا سطح کل بافت بسازند. چونگ گفت که با تجزیه و تحلیل بیشتر و انتخاب های مختلف برای برچسب های مولکولی ، می توان ویژگی های بیشتری نیز ایجاد کرد. نکته قابل توجه ، ویژگی های مشتق شده از SCOUT بی طرفانه است ، زیرا آنها محصولات تجزیه و تحلیل نرم افزار هستند و نه فرضیه های از پیش تعریف شده درباره آنچه “باید” منطقی باشد.

مقایسه های علمی

با استفاده از مجموعه خطوط لوله تحلیلی ، تیم آن را آزمایش کرد. در یک مطالعه موردی ، آنها از آن برای شناسایی روند توسعه ارگانوئید با مقایسه نمونه هایی از سنین مختلف استفاده کردند. SCOUT ده ها تفاوت قابل توجه نه تنها در رشد کلی ، بلکه همچنین تغییر در نسبت نوع سلول ، اختلاف لایه و سایر تغییرات در ساختار بافت سازگار با بلوغ را برجسته کرد.

در یک مورد دیگر ، آنها روشهای مختلف کشت اندامک را مقایسه می کنند. پائولا آرلوتا و سیلویا ولاسکو ، نویسندگان همکار دانشگاه هاروارد ، روشی را ایجاد کرده اند که طبق تجزیه و تحلیل توالی RNA تک سلولی ، اندامک های سازگارتر از پروتکل های دیگر تولید می کند. این تیم برای ارزیابی سازگاری مقیاس بافتی آنها از SCOUT برای مقایسه آنها با اندامکهای تولید شده متداول استفاده کرد. آنها دریافتند که ارگانوئیدهای ولاسکو سازگاری بهتری در معماری خود نشان می دهند ، اما هنوز هم پراکندگی نشان می دهند.

زیکا بصیرت

مطالعه موردی سوم شامل Zika نه تنها سودمندی SCOUT در تشخیص تغییرات عمده را نشان داد ، بلکه منجر به کشف وقایع نادر نیز شد. تیم چانگ در حال کار با متخصص ویروس لی گرک ، پروفسور هرمان LF فون هلمهولتز در IMES ، برای تعیین چگونگی تغییر عفونت زیکا در توسعه ارگانوئیدها. SCOUT 22 تفاوت عمده بین اندامکهای آلوده و آلوده را ذکر کرد ، از جمله مواردی که قبلاً مستند نشده بودند.

نویسندگان می نویسند: “به طور کلی ، این تجزیه و تحلیل اولین ارزیابی جامع کمی از نوع خود را برای آسیب شناسی واسطه Zika ، از جمله از دست دادن سلول ، جمع شدن بطن و سازماندهی مجدد بافت ارائه داد.” “ما توانستیم زمینه مکانی سلولهای نادر را مشخص کنیم و تفاوتهای گروهی خاص را در معماریهای معماری تشخیص دهیم. فنوتیپ عفونت باعث کاهش اندازه ارگانوئید ، رشد بطن و گسترش سلولهای SOX2 و TBR1 می شود. انتظار می رود که از دست دادن اجداد عصبی مربوط به زیکا در پیچیدگی توپوگرافی بافت و مدل سازی سلول کاهش یابد. “

چونگ گفت که آزمایشگاه او همچنین با همکارانش در حال مطالعه اختلالات اوتیسم است تا درباره چگونگی تمایز رشد بیشتر بیاموزد.

این مطالعه توسط منابع مالی ، از جمله بنیاد JPB ، بنیاد فرهنگی NCSOFT و موسسه ملی بهداشت پشتیبانی شد.


منبع: unbox-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>