Search
מדעני USC מפתחים מודל אורגנואידים במוח הראשון של המוח הקטן עם נוירונים פונקציונליים

טכנולוגיה חדשה עוקבת אחר מיליוני תאים בעת התפתחות איברים

הודות לטכנולוגיה חדשה בשם Moscot ("Multi-Omics Single-Cell Transport Optimal Transport"), חוקרים יכולים כעת לצפות במיליוני תאים בו-זמנית כשהם מתפתחים לאיבר חדש, למשל, לבלב. שיטה פורצת דרך זו פותחה על ידי צוות מחקר בינלאומי בראשות הלמהולץ מינכן ופורסמה בכתב העת הנודע Nature.

עד כה, לביולוגים הייתה הבנה מוגבלת בלבד כיצד תאים מתפתחים בסביבתם הטבעית – למשל, כאשר הם יוצרים איבר בעובר. "השיטות הקיימות סיפקו רק צילומי מצב של כמה תאים או לא יכלו לקשר בין התהליכים הדינמיים במרחב ובזמן", מסביר דומיניק קליין, אחד הכותבים הראשיים של המחקר, מועמד לדוקטורט במכון לביולוגיה חישובית בהלמהולץ מינכן, ו חוקר באוניברסיטה הטכנית של מינכן (TUM). "זה הגביל מאוד את ההבנה שלנו לגבי האינטראקציות המורכבות במהלך התפתחות איברים ובתהליכי מחלה".

מוסקוט ממפה את התפתחות התאים באיברים ובאורגניזמים שלמים

יחד עם צוות בינתחומי בראשות ג'ובאני פאלה (הלמהולץ מינכן), מריוס לנגה (ETH ציריך), מיכל קליין (אפל) וזואי פיראן (האוניברסיטה העברית בירושלים), פיתח דומיניק קליין את מוסקוט. הצוות התבסס על תיאוריה שפותחה במאה ה-18: התיאוריה של תחבורה אופטימלית, המתארת ​​כיצד עצמים יכולים לנוע בצורה היעילה ביותר ממקום אחד למשנהו כדי למזער זמן, אנרגיה או עלות. היישום של תחבורה אופטימלית לשתי אוכלוסיות של תאים הוגבל בעבר על ידי גודלם של מערכי נתונים ביו-רפואיים. מכשול זה התגבר כעת הודות להתקדמות בתחום הבינה המלאכותית, שהושפעה באופן משמעותי מהכותב המשותף מרקו קוטורי (אפל).

"התאמנו את המודלים המתמטיים שלנו כדי לייצג במדויק את המידע המולקולרי ואת מיקומם של תאים בגוף במהלך התפתחותם. התיאוריה של תחבורה אופטימלית עוזרת לנו להבין כיצד תאים נעים, משתנים ועוברים ממצב אחד לאחר", אומר קליין. זה מאפשר כעת לצפות במיליוני תאים בו-זמנית-בדיוק שקודם לכן היה בלתי נתפס.

מוסקוט מאפשר מיפוי רב-מודאלי של תאים בודדים ברקמות מרחביות וממלא תפקיד מכריע בתהליכים ביולוגיים דינמיים. הוא מחבר מיליוני תאים לאורך זמן, ומקשר בין שינויים בביטוי הגנים להחלטות התאיות. היישום של Moscot שואף לנתח מערכי נתונים עצומים באמצעות אלגוריתמים מורכבים תוך מתן ממשק אינטואיטיבי לביולוגים. בנוסף, מוסקוט לוכדת במדויק ובו-זמנית את המצב המולקולרי של מספר רב של תאים ומתארת ​​את התפתחותם במרחב ובזמן. זה מאפשר לראשונה לעקוב ולהבין טוב יותר תהליכים תאיים מורכבים בתוך איברים חיים ואורגניזמים שלמים.

תובנות חדשות על מחקר לבלב וסוכרת

האפליקציה של מוסקוט סיפקה תובנות חדשות בחקר הלבלב: הצוות הצליח למפות את התפתחות התאים המייצרים הורמונים בלבלב על סמך מדידות מולטי-מודאליות. בהתבסס על ממצאים אלה, מדענים יכולים כעת לנתח את המנגנונים הבסיסיים של סוכרת בפירוט. "פרספקטיבה חדשה זו על תהליכים תאיים פותחת הזדמנויות לטיפולים ממוקדים המטפלים בגורמים השורשיים של מחלות ולא רק בטיפול בסימפטומים", אומר פרופ' הייקו ליקרט, העומד בראש המכון לחקר סוכרת והתחדשות בהלמהולץ מינכן והוא אחרון. מחבר המחקר יחד עם פרופ' פביאן תיס.

נקודת מפנה במחקר הרפואי

פביאן תיס, מנהל המכון לביולוגיה חישובית בהלמהולץ מינכן ופרופסור TUM, מדגיש את המשמעות של מוסקוט למחקר ביו-רפואי: "מוסקוט משנה את הדרך בה אנו מבינים ומשתמשים בנתונים ביולוגיים. היא מאפשרת לנו לא רק ללכוד את הדינמיקה של התא. התפתחות בפירוט חסר תקדים, אך גם לניבוי ניבויים מדויקים לגבי התקדמות מחלות, במטרה לפתח גישות טיפול מותאמות אישית".

עבור תיס, מוסקוט היא דוגמה מצוינת לשיתוף פעולה בין-תחומי: "השילוב המוצלח של מתמטיקה וביולוגיה בפרויקט זה מדגים בצורה מרשימה עד כמה שיתוף הפעולה בין דיסציפלינות שונות הוא מכריע להשגת פריצות דרך מדעיות אמיתיות. הודות לשיתוף פעולה הדוק עם הצוות בראשות הייקו ליקרט מבית הספר. במרכז לסוכרת הלמהולץ, הצלחנו לאמת את התחזיות של מוסקוט באמצעות ניסויי מעבדה."

דילוג לתוכן