הכליה, איבר קריטי לסינון פסולת ויסות נוזלים, הוא נושא לפרויקט מיפוי מולקולרי פורץ דרך שיכול לעצב מחדש את ההבנה שלנו את בריאות הכליות. למרות ההתקדמות בטרנסקריפטומיקה ובפרוטאומיקה, מולקולות מבניות ומסמלות ליפידים-נותרו יחסית לא נבדקים בהקשר של תפקוד הכליות. זה משתנה כעת בזכות מחקר חדש שפורסם ב התקדמות מדעית על ידי חוקרים מהמרכז לחקר הספקטרומטריה ההמונית והמעבדה של ג'ף ספרגינס באוניברסיטת ונדרבילט וקבוצת RAF ואן דה פלאס באוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה. במאמר החדש הצוות יצר אטלס מולקולרי ברזולוציה גבוהה של הכליה האנושית, ומנף טכניקת SPECT המונית של הדמיה מתקדמת בשם MALDI ולמידה מכונה ניתנת לפרשנות.
אטלס זה הוא המקיף ביותר מסוגו, ומשלב נתונים של 29 תורמי כליות אנושיות. החוקרים מיפו מיני ליפידים על פני מיליוני מדידות SPECT המוניות ביותר מ- 100,000 יחידות רקמות תפקודיות נפרדות, כולל גלומרולי, צינורות פרוקסימליים ודיסטליים, גפיים עבות עבות ואיסוף תעלות.
עבודה זו הייתה עד היום מחקר הדמיה מולקולרית מולקולרית מולקולרית ושאפתית ביותר שלנו. על ידי קישור מרחבי של הרכב השומנים לאזורים אנטומיים ופונקציונליים של הכליה, הצלחנו לייצר ביעילות ברקוד מולקולרי לכל רכיב בנפרון האנושי. "
ג'ף ספרגינס, סופר בכיר והובלת משותפת בפרויקט
בין הממצאים הבולטים: השקפתו המולקולרית של אטלס על תפקוד הכליות חושפת סמנים ביולוגיים שומניים ספציפיים למרחב ליחידות רקמות פונקציונליות מובחנות של הנפרון. למרות ההבדלים הטבעיים בין תורמים אנושיים, ספינגומיאלינים ספציפיים-סוג של שומנים-הועשר בעקביות בגלומרולי, מה שמרמז על תפקיד בתמיכה בסוגי תאים קריטיים לסינון. מעמדות שומנים אחרים, כולל סולפטידים ופוספטידיל -סרינות, היו קשורים מאוד לספיגה חוזרת תזונתית והובלת יונים במבנים כמו לולאת הנל וצינורות פרוקסימליים.
הצוות בדק גם כיצד פרופילי השומנים משתנים על ידי מדד מסת המין והגוף. הצוות במינוף מודלים למידת מכונה פרשנית, זיהה סמנים ביולוגיים של המועמדים, כולל פוספוליפידים המכילים חומצה ארכידונית, העשויים לשקף פיזיולוגיה ספציפית למין וויסות הורמונלי. בנוסף, פוספטידילכולינים מובחנים וספינגומיאלינים היו קשורים לשינויים הקשורים להשמנה ברקמת הכליות, כולל סמנים של טרשת גלומרולרית.
"זה כמו לתת לכולם מפות גוגל של הכליה, אבל במקום רחובות וציוני דרך, אנו ממפים ארגון סלולרי וחתימות מולקולריות", אמר ספרגינס. "ובדיוק כמו מפות, ברגע שתוכלו לראות את השטח, תוכלו להתחיל לנווט ולהתערב בדיוק רב יותר."
היתרונות הפוטנציאליים הם רחבים: הבנה משופרת של היחסים בין התפלגויות סלולריות ומולקולריות של הכליה, ריבוד מדויק יותר של סיכון מחלות חולים על בסיס נתונים מולקולריים, ובסופו של דבר, התערבויות ממוקדות בשומנים למחלות.
באופן ביקורתי, מערך הנתונים והכלים זמינים בחינם באמצעות תוכנית האטלס הביומולקולרית האנושית של המוסדות הלאומיים לבריאות, המכונה בדרך כלל HubMap, מה שאומר שקהילת המחקר הרחבה יותר יכולה לכרות משאב זה להשערות חדשות. מרכז ההדמיה המולטי-מודאלית הביומולקולרית, מרכז מיפוי רקמות HubMap במימון NIH הממוקם באוניברסיטת ונדרבילט ובראשותו של ספראגינס, התמקד בפיתוח אטלס לכליה האנושית ומערכות איברים אחרות במשך שש שנים. בנוסף לחוקרי ונדרבילט, ביומיץ 'מורכבת גם מקלינאים מהמרכז הרפואי באוניברסיטת ונדרבילט ומדעני נתונים מאוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה בהולנד.
התובנות של המחקר יכולות לתרגם לסמני אבחון חדשים או ליעדים טיפוליים למחלות הקשורות לכליות. "אטלס זה קובע קו בסיס מולקולרי", אמרה מליסה פארו, מחברת ראשונה ראשונה ופרופסור חבר למחקר לביולוגיה של תאים והתפתחותיים. "על ידי השוואה בין רקמות חולות להתייחסות זו, אנו יכולים להתחיל לאתר הפרעות בשומנים העומדים בבסיס הפתולוגיה."
בסופו של דבר, פרויקט זה מסמן צעד מרכזי לקראת שילוב ליפידומיקה במיינסטרים הביו -רפואי ומגדיר מחדש כיצד אנו מסתכלים על איברים דרך עדשה מולקולרית.
