Matične ćelije su poput kompleta alata za hitne slučajeve ljudskog tela. Imaju jedinstvenu sposobnost da se formiraju u druge vrste specijalizovanih ćelija – od imunih ćelija do moždanih ćelija. Oni mogu da se dele i regenerišu na neodređeno vreme da bi popravili i dopunili naš sistem na komandu.
Sposobnost kultivisanja matičnih ćelija u laboratoriji i uzgoja u bilo koju vrstu ćelije koja nam je potrebna je Sveti gral medicine. Ova sposobnost bi, na primer, mogla da omogući kliničarima da stvore beskrajnu zalihu novih ćelija za popravku oštećenih tkiva i organa. Međutim, da bismo otkrili taj Sveti gral, potrebno nam je sveobuhvatno razumevanje kako se matične ćelije repliciraju i prelaze u različite tipove ćelija.
Novo istraživanje odeljenja za biomedicinsko inženjerstvo Alfreda E. Mana sa USC-a dovodi nas korak bliže otkrivanju misterija ovih esencijalnih ćelija. Vanredni profesor biomedicinskog inženjerstva Kejue Šen i njegov tim iskoristili su mašinsko učenje da razviju neinvazivni sistem koji nudi neviđen uvid u to kako se matične ćelije razmnožavaju i regenerišu u specijalizovane ćelije.
Rad je objavljen u časopisu Napredak nauke.
Shen je rekao da je ponašanje matičnih ćelija i dalje prilično misteriozno, a proces razumevanja kako se one dele i menjaju često je invazivan, zahtevajući da se matične ćelije izvuku i na kraju unište u laboratoriji.
Novi rad istražuje hematopoetske matične ćelije koje žive u našoj koštanoj srži i stvaraju sve ćelije u našoj krvi, kao što su crvena krvna zrnca i imune ćelije. Da bi matične ćelije proširile svoju populaciju, Shen je rekao da moraju da se dele simetrično, a da bi se obnovile dok stvaraju novi, drugačiji tip ćelija (kao što su crvena ili bela krvna zrnca), moraju da se dele asimetrično.
„U slučaju transplantacije koštane srži, želimo da se matične ćelije dele simetrično kako bismo nam dali što više matičnih ćelija kako bismo ih mogli koristiti na različitim pacijentima. Ali trenutno, matične ćelije krvi ne mogu se zaista proširiti izvan telo u klinici“, rekao je Šen. „Ako to možemo da postignemo – da napravimo ogromnu zalihu hematopoetskih matičnih ćelija za transplantaciju koštane srži – to će rešiti veoma veliki problem za mnoge pacijente.
Šenov tim je pogledao metaboličko ponašanje matične ćelije – kako ona razlaže glukozu u energiju koristeći tehnologiju snimanja u realnom vremenu poznatu kao fluorescentna mikroskopija za doživotno snimanje.
Matične ćelije proizvode sopstveni fluorescentni materijal – poznat kao autofluorescencija – omogućavajući snimanju da prati metabolizam ćelija. Ovaj metabolizam je snažno povezan sa načinom na koji će ćelije funkcionisati i prelaziti.
„Na primer, NADH je jedan od ovih molekula koji je autofluorescentan i kada se vežu za metabolički enzim, oni takođe pokazuju različita optička fluorescentna svojstva koja možemo da merimo. Tako da na ovaj način možemo da ih merimo neinvazivno bez ubijanja ćelija, “, rekao je Šen.
Koristeći model miša, Shen i njegov tim su uzeli ove informacije i izvukli fluorescentne karakteristike iz slika matičnih ćelija, razvijajući biblioteku od 205 metaboličkih optičkih biomarkera iz svake pojedinačne matične ćelije, od kojih je 56 bilo povezano sa diferencijacijom hematopoetskih matičnih ćelija.
Pristup mašinskog učenja omogućio je timu da napravi mapu grupisanja matičnih ćelija u odnosu na ćelije koje nisu matične i prati njihovo ponašanje i diferencijaciju tokom vremena. Pristup je dodelio ocenu da bi se utvrdilo da li je ćerka ćelija verovatno matična ćelija ili ne, ili da li su se matične ćelije delile asimetrično ili simetrično.
„Veoma je uzbudljivo jer ne ubijamo ćelije. Mi samo snimamo ćelije i zatim izdvajamo te karakteristike. To nam može dati toliko informacija o njima.“
Pristup tima u realnom vremenu razumevanju metaboličkog stanja matičnih ćelija pružiće dalje osnovno znanje koje bi moglo da pomogne u otkrivanju lekova i najsavremenijim tretmanima matičnim ćelijama, kao i tretmanima regenerativne medicine gde se ljudske ćelije, tkiva i organi mogu uzgajati i zamenjeni.
„U današnje vreme postoje i druge primene, kao što je ćelijska terapija. Ljudi su pokušavali da naprave, na primer, T ćelije, makrofage i druge tipove ćelija koje imaju svoju specifičnu korisnost u različitim vrstama konteksta bolesti“, rekao je Šen.
„Za ljude sa matičnim ćelijama, ovo je uzbudljiva tehnologija jer im omogućavamo da pogledaju stanje matičnih ćelija u realnom vremenu, a zatim prate svaku ćeliju tokom vremena, što trenutno nije moguće.“
