Hücre Görüntülerinin Kodunu Çözme

MIT araştırmacıları, bir dokunun daha çok katı, sıvı veya hatta gaz gibi olup olmadığını belirlemek için hücre görüntülerinin kodunu çözmenin bir yolunu geliştirdiler. Bu görsel “parmak izleri”, çeşitli kanserleri hızlı bir şekilde teşhis etmeye ve izlemeye yardımcı olabilir. Kredi: Anne Weston, Francis Crick Enstitüsü tarafından meme kanseri hücresi, MIT News tarafından düzenlendi

Yöntem, daha hızlı, daha az invaziv kanser teşhisine giden bir yol olabilir.

Bir organizma büyüdükçe, onun hissi de değişir. İlk aşamalarda, bir embriyo hücrelerinin bölünmesine ve genişlemesine izin veren neredeyse sıvı benzeri bir durum alır. Olgunlaştıkça dokuları ve organları son şeklini alır. Bazı türlerde, bir organizmanın bu fiziksel durumu, onun gelişim aşamasının ve hatta genel sağlık durumunun bir göstergesi olabilir.

Şimdi, araştırmacılar İLE BİRLİKTE Bir dokunun hücrelerinin düzenlenme şeklinin dokunun “evresi” için bir parmak izi işlevi görebileceğini keşfettiler. Bir dokudaki hücrelerin görüntülerinin kodunu çözerek dokunun katı, sıvı veya hatta gaz gibi olup olmadığını hızlı bir şekilde belirlemek için bir yöntem geliştirdiler. Bulguları yakın zamanda rapor edildi. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.

Ekip, “yapılandırmaya dayalı parmak izi” olarak adlandırdıkları yönteminin, bilim insanlarının bir embriyo geliştikçe fiziksel değişiklikleri izlemesine yardımcı olabileceğini umuyor. Daha hızlı bir şekilde, belirli bir doku tipini incelemek ve nihayetinde teşhis etmek için yöntemlerini uyguluyorlar: tümörler.

Kanserde, bir embriyo gibi, bir tümörün fiziksel durumunun büyüme aşamasını gösterebileceğini gösteren kanıtlar vardır. Daha katı olan tümörler nispeten stabil olabilirken, daha sıvı benzeri büyümeler mutasyona ve metastaz yapmaya daha yatkın olabilir.

MIT araştırmacıları, bir tümörün katı, sıvı veya gaz gibi olup olmadığını gösteren hücresel parmak izlerini belirlemek için hem laboratuvarda büyütülen hem de hastalardan biyopsi alınan tümörlerin görüntülerini analiz ediyor. Doktorların bir gün bir tümörün evresini ve nihayetinde bir kanserin ilerlemesini hızlı bir şekilde belirlemek için bir tümör hücrelerinin görüntüsünü hücresel parmak iziyle eşleştirebileceğini öngörüyorlar.

MIT’de makine mühendisliği doçenti Ming Guo, “Bizim yöntemimiz, sadece bir biyopsideki hücrelerin konumlarını inceleyerek kanser durumlarının çok kolay bir şekilde teşhis edilmesini sağlayacaktır” diyor. “Doktorların, sadece hücrelerin nerede olduğuna bakarak, bir tümörün çok katı olup olmadığını, yani henüz metastaz yapıp yapamayacağını veya daha sıvı benzeri olup olmadığını ve bir hastanın tehlikede olup olmadığını doğrudan söyleyebileceğini umuyoruz.”

Guo’nun ortak yazarları MIT’den Haiqian Yang, Yulong Han, Wenhui Tang ve Rohan Abeyaratne, Ottawa Üniversitesi’nden Adrian Pegoraro ve Northeastern Üniversitesi’nden Dapeng Bi’dir.

üçgen düzen

Mükemmel bir katıda, malzemenin bireysel bileşenleri, örneğin bir kristal küpündeki atomlar gibi düzenli bir kafes şeklinde yapılandırılır. Kristalden bir dilim kesip bir masanın üzerine koyacak olsaydınız, atomların, onları tekrar eden üçgenler şeklinde birleştirebileceğiniz şekilde düzenlendiğini görürdünüz. Mükemmel bir katıda, atomlar arasındaki boşluk tamamen aynı olacağından, onları birbirine bağlayan üçgenler tipik olarak eşkenar şekilli olacaktır.

Guo, bu yapıyı, gerçek, mükemmelden daha az katı dokuların ve tümörlerin hücre konfigürasyonlarını karşılaştırmak için bir referans olarak hizmet edebileceği fikriyle, mükemmel bir katı yapı için bir şablon olarak aldı.

Guo, “Gerçek dokular asla mükemmel bir şekilde sıralanmaz” diyor. “Çoğunlukla düzensizler. Ama yine de, ne kadar düzensiz oldukları konusunda ince farklar var.”

Bu fikrin ardından ekip, çeşitli doku türlerinin görüntüleriyle başladı ve bir doku hücreleri arasındaki üçgen bağlantıları haritalamak için yazılım kullandı. Mükemmel bir katıdaki eşkenar üçgenlerin aksine, haritalar çeşitli şekil ve boyutlarda üçgenler üreterek bir dizi uzaysal düzene (ve düzensizliğe) sahip hücreleri gösterir.

Bir görüntüdeki her üçgen için iki temel parametre ölçtüler: hacimsel düzen veya bir üçgen içindeki boşluk; ve kayma düzeni veya bir üçgenin şeklinin eşkenardan ne kadar uzak olduğu. İlk parametre, bir malzemenin yoğunluk dalgalanmasını gösterirken, ikincisi, malzemenin deforme olmaya ne kadar yatkın olduğunu gösterir. Buldukları bu iki parametre, bir dokunun daha çok katı mı, sıvı mı yoksa gaz mı olduğunu karakterize etmek için yeterliydi.

Guo, “Mükemmel bir katınınkiyle karşılaştırıldığında her iki parametrenin de tam değerini doğrudan hesaplıyoruz ve bu kesin değerleri parmak izlerimiz olarak kullanıyoruz,” diye açıklıyor Guo.

Buhar dalları

Ekip, yeni parmak izi tekniğini birkaç farklı senaryoda test etti. Birincisi, konsantrasyonu kademeli olarak artan iki tip molekülün karıştırılmasını modelledikleri bir simülasyondu. Her konsantrasyon için molekülleri üçgenlere eşlediler, ardından her üçgenin iki parametresini ölçtüler. Bu ölçümlerden, moleküllerin fazını karakterize ettiler ve gaz, sıvı ve katı arasındaki geçişleri beklenen şekilde yeniden üretebildiler.

Guo, “İnsanlar bu çok basit sistemde ne bekleyeceklerini biliyorlar ve tam olarak gördüğümüz şey bu” diyor. “Bu, yöntemimizin kabiliyetini gösterdi.”

Araştırmacılar daha sonra yöntemlerini moleküller yerine hücreler içeren sistemlerde uygulamaya devam ettiler. Örneğin, büyüyen bir meyve sineği kanadının diğer araştırmacılar tarafından çekilmiş videolarına baktılar. Yöntemlerini uygulayarak, gelişmekte olan kanatta katı halden daha akışkan hale dönüşen bölgeleri belirleyebildiler.

Guo, “Bir sıvı olarak, bu büyümeye yardımcı olabilir” diyor. “Bunun tam olarak nasıl olduğu hala araştırılıyor.”

O ve ekibi ayrıca insan meme dokusu hücrelerinden küçük tümörler üretti ve tümörlerin erken metastaz belirtileri olan uzantı benzeri dallar olarak büyümesini izledi. Tümörlerdeki hücrelerin konfigürasyonunu haritalandırdıklarında, invaziv olmayan tümörlerin katı ve sıvı arasında bir şeye benzediğini ve invaziv tümörlerin daha gaz benzeri olduğunu, dalların daha da düzensiz bir durum gösterdiğini buldular.

Guo, “İstilacı tümörler daha çok buhar gibiydi ve yayılmak ve her yere gitmek istiyorlar” diyor. “Sıvılar zar zor sıkıştırılabilir. Ancak gazlar sıkıştırılabilir – kolayca şişebilir ve büzülebilirler ve burada gördüğümüz şey bu.”

Ekip, hücresel parmak izlerini bilemek için görüntüledikleri ve analiz ettikleri insan kanseri biyopsi örnekleriyle çalışıyor. Sonunda Guo, bir dokunun evrelerini haritalamanın birden fazla kanser türünü teşhis etmenin hızlı ve daha az istilacı bir yolu olabileceğini düşünüyor.

Guo, “Doktorların tipik olarak biyopsi almaları ve ardından kanser türüne bağlı olarak farklı belirteçler için boyama yapmaları gerekir” diyor Guo. “Belki bir gün optik araçları kullanarak hastaya dokunmadan vücudun içine bakabilir, hücrelerin konumunu görebilir ve hastanın kanserin hangi evresinde olduğunu doğrudan söyleyebiliriz”

Referans: Haiqian Yang, Adrian F. Pegoraro, Yulong Han, Wenhui Tang, Rohan Abeyaratne, Dapeng Bi ve Ming Guo, “Çok hücreli yaşam sistemlerinin konfigürasyonel parmak izleri”, 25 Ekim 2021, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2109168118

Bu araştırma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri, MathWorks ve MIT’deki Jeptha H. ve Emily V. Wade Ödülü tarafından desteklenmiştir.





#Katı #Sıvı #veya #Gaz #Görsel #Parmak #İzleri #Dokuların #Kanser #Tümörlerinin #Fiziksel #Durumunu #Hızla #Tanımlar