Предсказание судьбы стволовых клеток

Исследователи из Политехнического института Ренсселера открыли новый метод предсказания судьбы стволовых клеток с точностью до 99%.

Используя передовые технологии компьютерного зрения для обнаружения тонких движений клеток, неразличимых человеческим глазом, профессор Бадри Ройсам и его бывший студент Эндрю Коэн научились успешно прогнозировать, как стволовая клетка разделится и какие ключевые характеристики будут у дочерних клеток.

Это открытие, позволяющее выделять клетки с определёнными свойствами, может однажды привести к созданию эффективных методов выращивания стволовых клеток в больших масштабах для терапевтического использования.

«Если у вас много клеток в культуре, они все выглядят одинаково. Но наш новый метод улавливает всевозможные крошечные различия в форме и движениях клеток и использует эти сигналы, чтобы предсказать, в какие клетки она разделится», — сказал Ройсам.

Результаты исследования «Computational prediction of neural progenitor cell fates» были недавно опубликованы в журнале Nature Methods.

Для успешной клеточной терапии учёным нужен доступ к большим количествам специфических клеток. Это сложно, поскольку сейчас нет методов контроля деления клеток в больших объёмах. При делении стволовых или клеток-предшественников (митозе) дочерние клетки могут быть самообновляющимися или терминальными (конечно дифференцированными в специализированный тип). Исследователи хотят влиять на это деление, чтобы производить большие объёмы нужного типа клеток.

Ройсам и Коэн отслеживали развитие клеток-предшественников сетчатки крысы, культивируемых в лаборатории их коллег из Университета Макгилла. Их компьютерная система делала снимки клеток каждые 5 минут и использовала алгоритмическое информационно-теоретическое предсказание (AITP), чтобы наблюдать за поведением клеток, анализировать его и определять, суждено ли каждой отдельной клетке разделиться на самообновляющиеся или терминальные дочерние клетки. Этот процесс происходит в реальном времени, поэтому учёные знают судьбу клеток ещё до их фактического деления.

Исследователи предсказали с точностью 99%, разделятся ли клетки-предшественники сетчатки крысы на самообновляющиеся или специализированные клетки, и с точностью 87% — определённые характеристики специализированных клеток.

«Наши результаты показывают, что стволовые клетки демонстрируют тонкие динамические паттерны, которые можно вычислительно определить, чтобы предсказать исход их следующего деления с помощью AITP», — сказал Ройсам. — «В теории AITP можно использовать для анализа практически любого типа клеток, что может привести к прогрессу во многих областях».

Разработка системы использовала вычислительную мощность суперкомпьютера института — Computational Center for Nanotechnology Innovations (CCNI).