Νέο σύστημα AI χαρτογραφεί την έκφραση γονιδίων σε όλο το σώμα
Η κατανόηση της γονιδιακής έκφρασης στο σώμα έχει αποδειχθεί καθοριστική για τη βιολογία και τη θεραπευτική του 21ου αιώνα. Ωστόσο, οι περισσότερες ανακαλύψεις που προκύπτουν από αυτές τις τεχνολογίες επικεντρώνονται συνήθως σε ένα μόνο όργανο ή σε μια μικρή περιοχή ιστού. Τώρα, μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, υπό την καθοδήγηση του Αναπληρωτή Καθηγητή Νικολάς Σέβριερ, έχει αναπτύξει ένα νέο σύστημα που επιτρέπει την κατανόηση του πώς οι ασθένειες επηρεάζουν μόρια, κύτταρα, ιστούς και όργανα σε ολόκληρο το σώμα.
Μια καινοτόμος προσέγγιση στην έρευνα
Η διατομή της έρευνας πραγματοποιήθηκε από τη Μάγκι Κλέβενγκερ, επιστήμονα του εργαστηρίου, και περιλάμβανε συνεργασίες με διάφορους βιομηχανικούς και ακαδημαϊκούς φορείς. Δημιουργώντας μια νέα τεχνική προετοιμασίας δειγμάτων και συνδυάζοντας την με υπολογιστικά εργαλεία, συμπεριλαμβανομένου ενός μοντέλου μηχανικής μάθησης, η ομάδα κατάφερε να χαρτογραφήσει την έκφραση γονιδίων σε ολόκληρες τομές του σώματος ποντικιών.
Ανακαλύπτοντας νέες δυνατότητες
Το νέο σύστημα χαρτογράφησε με ακρίβεια όλα τα όργανα, τις περιοχές ιστού και περίπου το 75% όλων των γνωστών τύπων κυττάρων στο σώμα του ποντικιού. Αυτή η καινοτομία παρέχει στους ερευνητές ένα εργαλείο για να μελετήσουν μοριακές και κυτταρικές διαδικασίες σε ολόκληρο το σώμα του εργαστηριακού ποντικιού. Τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύθηκαν σήμερα στο περιοδικό Cell, αναμένεται να χρησιμοποιηθούν τόσο στην βασική επιστημονική έρευνα όσο και σε τομείς όπως η ανακάλυψη φαρμάκων.
Μια νέα εποχή στην έρευνα
«Τώρα έχουμε ένα εργαλείο που μπορεί να παράγει δεδομένα σε κλίμακα που προηγουμένως ήταν αδιανόητη», ανέφερε ο Καθηγητής Σέβριερ. «Θέτουμε τα θεμέλια για τη δημιουργία δεδομένων που θα χρειαστούν για να κατασκευάσουμε ένα ‘εικονικό ποντίκι’, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή θεραπειών και την κατανόηση βιολογικών διαδικασιών σε ολόκληρο το σώμα». Αυτός είναι ο τελικός στόχος της έρευνας.
Η τεχνική της χωρικής μεταγραφωμικής
Η νέα τεχνική αξιοποιεί τη χωρική μεταγραφωμική, η οποία χρησιμοποιεί υψηλής ανάλυσης μικροσκοπία και γενετική αλληλούχιση για να μετρήσει την έκφραση γονιδίων σε ιστούς. Αυτή η τεχνική, που έχει βελτιωθεί την τελευταία δεκαετία, προσφέρει στους ερευνητές σημαντική εικόνα για τη δομή και τις ασθένειες εντός ενός δείγματος οργάνου ή ιστού, αντί μόνο σε μεμονωμένα κύτταρα.
Η πρόκληση της κλίμακας
Ωστόσο, οι ερευνητές είχαν περιορισμούς λόγω των μικρών κλιμάκων που επιτρέπει αυτή η τεχνική. Ο Σέβριερ ήθελε να τη χρησιμοποιήσει για να μετρήσει την έκφραση γονιδίων σε ολόκληρο το μοντέλο ποντικιού. Το 2025, η ομάδα του ανέπτυξε την τεχνολογία Array-seq, η οποία χρησιμοποιεί μικρογραφίες DNA με ειδικά σχεδιασμένα προγράμματα για να αναλύσει δείγματα ιστού.
Συνεργασίες για την επιτυχία
Για να εφαρμόσουν την τεχνολογία Array-seq σε ολόκληρο το ποντίκι, χρειάστηκε να αναπτύξουν μεθόδους για να δημιουργήσουν πολύ λεπτές τομές από ένα κατεψυγμένο σώμα ποντικιού, διατηρώντας το ανέπαφο και διατηρώντας το RNA. Συνεργαζόμενοι με τον Καθηγητή Ταδαφούμι Καβαμότο από το Πανεπιστήμιο Τσουρούμι στην Ιαπωνία, πέτυχαν να αποκτήσουν μια διατομή ολόκληρου του σώματος του ποντικιού, πάχους όσο ένα μέσο κύτταρο.
Η σημασία της έρευνας
Αυτή η έρευνα ανοίγει νέες προοπτικές για την κατανόηση της συστηματικής φλεγμονής, όπως αποδείχθηκε σε πειράματα με ποντίκια που πάσχουν από σηψαιμία, μια οργανισμική, ρυθμισμένη ανοσολογική αντίδραση σε μόλυνση. «Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να ποσοτικοποιήσουμε την επίδραση της συστηματικής φλεγμονής σε κάθε τύπο κυττάρου και σε κάθε κύριο όργανο», δήλωσε ο Σέβριερ.
