Kamieninės ląstelės yra tarsi žmogaus kūno skubios pagalbos priemonių rinkinys. Jie turi unikalų gebėjimą formuotis į kitų tipų specializuotas ląsteles – nuo imuninių ląstelių iki smegenų ląstelių. Jie gali dalytis ir atsinaujinti neribotą laiką, kad pagal komandą pataisytų ir papildytų mūsų sistemą.
Galimybė auginti kamienines ląsteles laboratorijoje ir išauginti jas į bet kokio tipo ląsteles, kurių mums reikia, yra medicinos Šventasis Gralis. Pavyzdžiui, šis gebėjimas leistų gydytojams sukurti begalę naujų ląstelių, skirtų pažeistiems audiniams ir organams atstatyti. Tačiau norint atskleisti tą Šventąjį Gralį, mums reikia visapusiško supratimo apie tai, kaip kamieninės ląstelės dauginasi ir pereina į skirtingus ląstelių tipus.
Nauji USC Alfredo E. Manno biomedicininės inžinerijos katedros tyrimai priartina mus prie šių esminių ląstelių paslapčių atskleidimo. Biomedicinos inžinerijos docentas Keyue Shen ir jo komanda panaudojo mašininį mokymąsi, kad sukurtų neinvazinę sistemą, kuri suteikia neregėtą įžvalgą apie tai, kaip kamieninės ląstelės dauginasi ir atsinaujina į specializuotas ląsteles.
Darbas buvo paskelbtas m Mokslo pažanga.
Shen sakė, kad kamieninių ląstelių elgesys vis dar gana paslaptingas, o supratimo, kaip jos dalijasi ir keičiasi, procesas dažnai yra invazinis, todėl kamienines ląsteles reikia išgauti ir galiausiai sunaikinti laboratorijoje.
Naujajame darbe nagrinėjamos kraujodaros kamieninės ląstelės, kurios gyvena mūsų kaulų čiulpuose ir iš kurių susidaro visos mūsų kraujo ląstelės, tokios kaip raudonieji kraujo kūneliai ir imuninės ląstelės. Kad kamieninės ląstelės išplėstų savo populiaciją, Shen teigė, kad jos turi dalytis simetriškai, o kad jos atsinaujintų kurdamos naują, kitokį ląstelių tipą (pvz., raudonuosius ar baltuosius kraujo kūnelius), jos turi dalytis asimetriškai.
„Kaulų čiulpų transplantacijos atveju norime, kad kamieninės ląstelės dalytųsi simetriškai, kad gautume kuo daugiau kamieninių ląstelių, kad galėtume jas panaudoti skirtingiems pacientams. Tačiau šiuo metu kraujo kamieninės ląstelės iš tikrųjų negali būti išplėstos už kūnas klinikoje“, – sakė Shen. „Jei mums pavyks tai pasiekti – sukurti didžiulę kraujodaros kamieninių ląstelių atsargą kaulų čiulpų transplantacijai – tai išspręs labai didelę daugelio pacientų problemą.
Shen komanda ištyrė kamieninių ląstelių metabolinį elgesį – kaip ji skaido gliukozę į energiją, naudodama realaus laiko vaizdo gavimo technologiją, vadinamą fluorescencine viso gyvenimo vaizdo mikroskopija.
Kamieninės ląstelės gamina savo fluorescencinę medžiagą, vadinamą autofluorescencija, leidžiančią stebėti ląstelių metabolizmą. Šis metabolizmas yra stipriai susijęs su tuo, kaip ląstelės veiks ir pereis.
„Pavyzdžiui, NADH yra viena iš šių molekulių, kuri yra autofluorescencinė ir, kai jos prisijungia prie metabolinio fermento, jos taip pat turi skirtingas optines fluorescencines savybes, kurias galime išmatuoti. Taigi tokiu būdu galime jas išmatuoti neinvaziniu būdu, nežudydami ląstelių. “, – sakė Shen.
Naudodamas pelės modelį, Shen ir jo komanda paėmė šią informaciją ir iš kamieninių ląstelių vaizdų išskyrė fluorescencines savybes, sukurdami 205 metabolinių optinių biomarkerio savybių biblioteką iš kiekvienos atskiros kamieninės ląstelės, iš kurių 56 buvo susijusios su hematopoetinių kamieninių ląstelių diferenciacija.
Mašininio mokymosi metodas leido komandai sukurti kamieninių ląstelių ir ne kamieninių ląstelių grupavimo žemėlapį ir stebėti jų elgesį bei diferenciaciją laikui bėgant. Taikant metodą, buvo priskirtas balas, siekiant nustatyti, ar dukterinė ląstelė greičiausiai yra kamieninė ląstelė, ar ne, ar kamieninės ląstelės dalijasi asimetriškai ar simetriškai.
„Tai labai įdomu, nes mes nežudome ląstelių. Mes tik fotografuojame ląstelę ir tada išskiriame tas savybes. Tai gali suteikti mums tiek daug informacijos apie jas.”
Grupės realaus laiko požiūris į kamieninių ląstelių metabolinės būklės supratimą suteiks papildomų pagrindinių žinių, kurios galėtų padėti atrasti vaistus ir pažangiausius gydymo būdus kamieninėmis ląstelėmis, taip pat regeneracinės medicinos gydymo būdus, kuriuose gali būti auginamos žmogaus ląstelės, audiniai ir organai. pakeistas.
„Šiais laikais yra ir kitų pritaikymų, tokių kaip ląstelių terapija. Žmonės bandė sukurti, pavyzdžiui, T ląsteles, makrofagus ir kitų tipų ląsteles, kurios turi savo specifinį naudingumą įvairiose ligose”, – sakė Shen.
„Žmonėms, turintiems kamienines ląsteles, tai yra įdomi technologija, nes leidžiame jiems žiūrėti į kamieninių ląstelių būseną realiuoju laiku ir sekti kiekvieną ląstelę laikui bėgant, o tai šiuo metu neįmanoma.