استفاده از یک جعبه ابزار درون سلولی برای ترسیم جغرافیای زیستی اندامک ها در سلول های بنیادی

اندامک ها – تکه ها و تکه های RNA و پروتئین درون یک سلول – نقش مهمی در سلامت و بیماری انسان ایفا می کنند، مانند حفظ هموستاز، تنظیم رشد و پیری و تولید انرژی. تنوع اندامک در سلول ها نه تنها بین انواع سلولی بلکه در سلول های فردی نیز وجود دارد. مطالعه این تفاوت ها به محققان کمک می کند تا عملکرد سلولی را بهتر درک کنند و منجر به بهبود درمان برای درمان بیماری های مختلف شود.

در دو مقاله از آزمایشگاه احمد اف. کوسکون، پروفسور برنی مارکوس در بخش مهندسی بیومدیکال کولتر در مؤسسه فناوری جورجیا و دانشگاه اموری، محققان نوع خاصی از سلول های بنیادی را با یک جعبه ابزار درون سلولی برای تعیین آن مورد بررسی قرار دادند. کدام سلول ها به احتمال زیاد سلول درمانی موثر ایجاد می کنند.

ما در حال مطالعه قرار دادن اندامک ها در سلول ها و نحوه ارتباط آنها برای کمک به درمان بهتر بیماری هستیم. کار اخیر ما استفاده از یک ابزار درون سلولی را برای نقشه‌برداری جغرافیای زیستی اندامک‌ها در سلول‌های بنیادی پیشنهاد می‌کند که می‌تواند به درمان‌های دقیق‌تری منجر شود.”

احمد اف. کوسکون، پروفسور برنی مارکوس در بخش مهندسی بیومدیکال کولتر در موسسه فناوری جورجیا و دانشگاه اموری

ایجاد جعبه ابزار omics درون سلولی

اولین مطالعه -; منتشر شده در گزارش های علمی، آ طبیعت ژورنال نمونه کارها – سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) را بررسی کرد که در طول تاریخ درمان‌های امیدوارکننده‌ای را برای ترمیم سلول‌های معیوب یا تعدیل پاسخ ایمنی در بیماران ارائه کرده‌اند. در یک سری آزمایش، محققان توانستند یک رویکرد تک سلولی مبتنی بر داده را از طریق تصویربرداری سریع پروتئومی درون سلولی ایجاد کنند که سلول‌های بنیادی درمانی شخصی‌سازی شده را ممکن می‌سازد.

سپس محققان یک تکنیک ایمونوفلورسانس سریع چندگانه را اجرا کردند که در آن از آنتی بادی هایی استفاده کردند که برای هدف قرار دادن اندامک های خاص طراحی شده بودند. آنها با آنتی بادی های فلوئورسانس، طول موج ها و سیگنال ها را برای جمع آوری تصاویر بسیاری از سلول های مختلف و ایجاد نقشه ها ردیابی کردند. سپس این نقشه ها محققان را قادر ساخت تا سازماندهی فضایی تماس اندامک ها و گسترش جغرافیایی در سلول های مشابه را ببینند تا تعیین کنند کدام نوع سلول به بهترین وجه بیماری های مختلف را درمان می کند.

Coskun می گوید: “معمولاً از سلول های بنیادی برای ترمیم سلول های معیوب یا درمان بیماری های ایمنی استفاده می شود، اما مطالعه ریز ما روی این سلول های خاص نشان داد که چقدر می توانند با یکدیگر متفاوت باشند.” “این ثابت کرد که جمعیت درمان بیمار و جداسازی سفارشی هویت سلول های بنیادی و عملکرد اندامک های بیوانرژیک آنها باید در هنگام انتخاب منبع بافت مورد توجه قرار گیرد. به عبارت دیگر، در درمان یک بیماری خاص، شاید بهتر باشد همان نوع سلول برداشت شود. از نقاط مختلف بسته به نیاز بیمار.”

نزدیکی RNA-RNA مهم است

در مطالعه بعدی که این هفته در روش های گزارش سلولیمحققان این جعبه ابزار را یک قدم جلوتر بردند و سازماندهی فضایی چندین مولکول RNA مجاور را در سلول‌های منفرد مطالعه کردند که برای عملکرد سلولی مهم هستند. محققان این ابزار را با ترکیب یادگیری ماشین و رونویسی فضایی تکامل دادند. آنها دریافتند که تجزیه و تحلیل تغییرات مجاورت ژن برای طبقه بندی انواع سلول ها از تجزیه و تحلیل تنها بیان ژن دقیق تر است.

Coskun می‌گوید: «برهم‌کنش‌های فیزیکی بین مولکول‌ها باعث ایجاد حیات می‌شود؛ بنابراین، مکان‌های فیزیکی و نزدیکی این مولکول‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند. ما یک جعبه ابزار درون سلولی از شبکه‌های همسایگی ژن درون سلولی در بخش‌های جغرافیایی مختلف هر سلول ایجاد کردیم تا نگاهی دقیق‌تر به این موضوع داشته باشیم.»

این آزمایش شامل دو بخش بود: توسعه روش‌های محاسباتی و آزمایش‌ها در میز آزمایشگاه. محققان مجموعه داده های منتشر شده و الگوریتمی را برای گروه بندی مولکول های RNA بر اساس موقعیت فیزیکی آنها مورد بررسی قرار دادند. این الگوریتم “نزدیک ترین همسایه” به تعیین گروه بندی ژن کمک کرد. روی نیمکت، محققان سپس مولکول‌های RNA را با فلورسنت برچسب‌گذاری کردند تا به راحتی آنها را در سلول‌های منفرد قرار دهند. آنها سپس بسیاری از ویژگی‌های توزیع مولکول‌های RNA را کشف کردند، مانند اینکه ژن‌ها چگونه در مکان‌های مشابه درون سلولی قرار دارند.

سلول درمانی به سلول های زیادی با فنوتیپ های بسیار مشابه نیاز دارد و اگر زیرگروه هایی از سلول های ناشناخته در سلول های درمانی وجود داشته باشد، محققان نمی توانند رفتار این سلول ها را پس از تزریق به بیماران پیش بینی کنند. با این ابزارها می توان سلول های بیشتری از یک نوع را شناسایی کرد و زیر مجموعه های سلول های بنیادی متمایز با برنامه های ژنی غیر معمول را جدا کرد.

Coskun گفت: «ما در حال گسترش ابزار برای سازمان‌دهی فضایی درون سلولی مولکول‌ها هستیم – یک «چاقوی ارتش سوئیس» برای میدان omics فضایی درون سلولی، اگر بخواهید.» “هدف اندازه‌گیری، کمی کردن و مدل‌سازی چندین رویداد مولکولی مستقل اما مرتبط به هم در هر سلول با عملکردهای متعدد است. هدف نهایی، تعریف عملکرد سلولی است که می‌تواند به انرژی بالا، شبکه‌های همسایگی ژن مدولار لگو و سلول‌های متنوع دست یابد. تصمیمات.”