מחקר חדש, שילוב של הדמיה ברזולוציה גבוהה ולמידה מכונה, המכונה גם בינה מלאכותית (AI), יכול לעקוב אחר תאים שנפגעו מפציעה, הזדקנות או מחלות, וזה כבר לא צומח ולהתרבות כרגיל, מראה חדש.
ידוע כי תאים סנריאנס ממלאים תפקיד מפתח בתיקון פצעים ובמחלות הקשורות להזדקנות, כמו סרטן ומחלות לב, ולכן מעקב אחר התקדמותם, אומרים החוקרים, עלול להוביל להבנה טובה יותר של האופן בו רקמות מאבדות בהדרגה את יכולתן להתחדש לאורך זמן או כיצד הם מתדלקים מחלות. הכלי יכול גם לספק תובנות לגבי טיפולים להיפוך הנזק.
בהובלת החוקרים במחלקה לניתוחים אורטופדיים של NYU Langone Health, המחקר כלל אימון מערכת מחשבים כדי לסייע בניתוח תאי בעלי חיים שנפגעו כתוצאה מגדילת ריכוזי כימיקלים לאורך זמן לשכפול הזדקנות אנושית. תאים המתמודדים ברציפות עם לחץ סביבתי או ביולוגי ידועים כ- Sensce, כלומר הם מפסיקים לשכפל ומתחילים לשחרר מולקולות מספרות המצביעות על כך שהם סבלו מפציעה.
פורסם בכתב העת תקשורת טבע מקוון ב -7 ביולי, ניתוח AI של החוקרים חשף מספר תכונות מדידות המחוברות למרכז הבקרה של התא (הגרעין שלו) שכאשר נלקחו יחד מקרוב את מידת ההתבגרות ברקמה או בקבוצת התאים. זה כלל סימנים לכך שהגרעין התרחב, היו בעלי מרכזים או מוקדים צפופים יותר והפכו פחות מעגליים ולא סדירים יותר. החומר הגנטי שלו מוכתם גם בהיר מהרגיל עם צבעים כימיים סטנדרטיים.
בדיקות נוספות אישרו כי תאים עם מאפיינים אלה אכן היו סנריאנס, והראו סימנים שהם הפסיקו לשכפל, פגעו ב- DNA, וארזו בצפיפות ליזוזומים לאחסון אנזים בצפיפות. התאים הדגימו גם תגובה לתרופות סנוליטיות קיימות.
מהניתוח שלהם, החוקרים יצרו את מה שהם מכנים צינור מורפומטרי גרעיני (NMP) המשתמש במאפיינים הפיזיים המשתנים של הגרעין כדי לייצר ציון סנסרי יחיד כדי לתאר מגוון תאים. לדוגמה, ניתן להשוות בין קבוצות של תאים סנסגנטיים מלאים לאשכול של תאים בריאים בסולם ממינוס 20 עד פלוס 20.
כדי לאמת את ציון ה- NMP, החוקרים הראו אז כי הדבר יכול להבחין במדויק בין תאי עכברים בריאים וחולים מעכברים צעירים ועד מבוגרים, בן 3 חודשים ליותר משנתיים. לאשכולות תאים ישנים היו ציוני NMP נמוכים משמעותית מאשר אשכולות תאים צעירים יותר.
החוקרים בדקו גם את כלי ה- NMP על חמישה סוגים של תאים בעכברים בגילאים שונים עם רקמת שריר פצועה בזמן שעבר תיקון. נמצא כי ה- NMP עוקב מקרוב עם רמות משתנות של תאי גזע מזנכימליים סנאנס ולא -סנאנס, תאי גזע שרירים, תאי אנדותל ותאי חיסון בעכברים צעירים, בוגרים וגריאטריים. לדוגמה, השימוש ב- NMP הצליח לאשר שתאי גזע שרירים של סנריאנס נעדרו בעכברי בקרה שלא נפצעו, אך נוכחים במספרים גדולים בעכברים פצועים מיד לאחר פגיעה בשרירים (כאשר הם עוזרים ליזום תיקון), עם אובדן הדרגתי כאשר הרקמה התחדשה.
בדיקות סופיות הראו כי ה- NMP יכול להבחין בהצלחה בין תאי סחוס בריאים וסנריאנס, שהיו נפוצים פי 10 יותר בעכברים גריאטריים עם דלקת מפרקים ניוונית מאשר בעכברים צעירים ובריאים יותר. ידוע כי דלקת מפרקים ניוונית מחמירה בהדרגה עם הגיל.
המחקר שלנו מדגים כי מורפומטריה גרעינית ספציפית יכולה לשמש כלי אמין לזיהוי ומעקב אחר תאים סנסגנטיים, שלדעתנו היא המפתח למחקר והבנה עתידית של התחדשות רקמות, הזדקנות ומחלות מתקדמות. "
מייקל נ. ווסצ'ינה, דוקטורט, חוקר בכיר במחקר
ד"ר ווסצ'ינה הוא עוזר פרופסור במחלקה לכירורגיה אורטופדית בבית הספר לרפואה של ניו יורק גרוסמן.
ד"ר ווסקזנה אומר כי המחקר של צוותו מאשר את היישום הרחב של ה- NMP לחקר תאים סנסגנטיים בכל הגילאים וסוגי רקמות שונות, ובמגוון מחלות.
לדבריו, הצוות מתכנן ניסויים נוספים לבחון את השימוש ב- NMP ברקמות אנושיות, כמו גם לשלב את ה- NMP עם כלים אחרים של סמן ביולוגי לבחינת התבגרות ותפקידיו השונים בתיקון פצעים, הזדקנות ומחלות.
החוקרים אומרים כי מטרתם הסופית עבור ה- NMP, שעבורו NYU הגישה בקשת פטנטים, היא להשתמש בה לפיתוח טיפולים המונעים או הופכים את ההשפעות השליליות של ההזדקנות על בריאות האדם.
"פלטפורמת הבדיקה שלנו מציעה שיטה קפדנית ליותר בקלות מאשר לפני שחקר תאים סנסגנטיים וכדי לבחון את יעילותם של טיפולים, כמו סנוליטיקה, במיקוד לתאים אלה ברקמות ובפתולוגיות שונות," אמר ד"ר ווסקזנה, שמתכנן להפוך את ה- NMP לזמין בחופשיות לחוקרים אחרים.
"קשים לשימוש בשיטות קיימות לזיהוי תאים סנסרינגים, מה שהופך אותן פחות אמינות מהצינור המורפומטרי הגרעיני, או NMP, הנשען על כתם נפוץ יותר לגרעין," אמר חוקר השותף המשותף לסאהיל Mapkar, BS. Mapkar הוא מועמד לדוקטורט בבית הספר להנדסה של NYU Tandon.
המימון למחקר הוענק על ידי מכונים לאומיים למענק הבריאות R01AG053438 והמחלקה לכירורגיה אורטופדית ב- NYU Langone.
מלבד ד"ר ווסצ'ינה ומפקר, חוקרי NYU Langone המעורבים במחקר זה הם חוקרים משותפים לשון שון בליס ואדגר פרז קרבג'ל וחוקרי משותפים שון מוריי, ז'ירו לי, אנה וילסון, ויקראנט פיפרודה, יוז'ין לי, ת'ורסטסטן, קטרינה, פטרוף, פטף, פטרוף.
