加利福尼亞州舊金山——2021 年 12 月 8 日——很難判斷腦細(xì)胞何時死亡。在顯微鏡下看起來不活躍和支離破碎的神經(jīng)元可能會持續(xù)數(shù)天處于生死攸關(guān)的狀態(tài)，有些神經(jīng)元在出現(xiàn)惰性后突然再次開始發(fā)出信號。對于研究神經(jīng)退行性變的研究人員而言，由于缺乏對神經(jīng)元的精確“死亡時間”聲明，因此很難確定導(dǎo)致細(xì)胞死亡的因素以及篩選可能使衰老細(xì)胞免于死亡的藥物。
現(xiàn)在，格拉德斯通研究所的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，可以讓他們一次跟蹤數(shù)千個細(xì)胞，并確定該組中任何細(xì)胞的準(zhǔn)確死亡時刻。該小組發(fā)現(xiàn)，在雜志上發(fā)表的論文自然傳播，該方法在嚙齒動物和人類細(xì)胞以及內(nèi)活斑馬魚的工作，并且可以用于跟蹤細(xì)胞數(shù)周或數(shù)月。
“獲得準(zhǔn)確的死亡時間對于闡明神經(jīng)退行性疾病的因果關(guān)系非常重要，”格拉德斯通系統(tǒng)和治療學(xué)中心主任、兩項新研究的資深作者、醫(yī)學(xué)博士、博士 Steve Finkbeiner說。“它讓我們弄清楚哪些因素直接導(dǎo)致細(xì)胞死亡，哪些是偶然的，哪些可能是延遲死亡的應(yīng)對機制。”
在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一篇配套論文中，研究人員將細(xì)胞傳感器技術(shù)與機器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，教計算機如何比人類更快、更準(zhǔn)確地區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞 100 倍。
Finkbeiner 的科學(xué)項目負(fù)責(zé)人 Jeremy Linsley 博士說：“大學(xué)生手工分析這些數(shù)據(jù)需要幾個月的時間，而我們的新系統(tǒng)幾乎是瞬間完成的——它的運行速度實際上比我們在顯微鏡上獲取新圖像的速度還要快。”實驗室和兩篇新論文的第一作者。
教舊傳感器新技巧
當(dāng)細(xì)胞死亡時——無論是什么原因或機制——它們最終會變得支離破碎，它們的細(xì)胞膜退化。但這種降解過程需要時間，讓科學(xué)家們難以區(qū)分早已停止運作的細(xì)胞、生病和垂死的細(xì)胞以及健康的細(xì)胞。
研究人員通常使用熒光標(biāo)簽或染料隨著時間的推移用顯微鏡跟蹤患病細(xì)胞，并嘗試診斷它們在降解過程中的位置。已經(jīng)開發(fā)了許多指示劑染料、染色劑和標(biāo)簽來區(qū)分已經(jīng)死亡的細(xì)胞和仍然活著的細(xì)胞，但它們通常只能在褪色前的短時間內(nèi)起作用，并且在使用它們時也可能對細(xì)胞有毒。
“我們真的想要一個能持續(xù)細(xì)胞整個生命周期的指示器——不僅僅是幾個小時——然后只有在細(xì)胞死亡的特定時刻才給出明確的信號，”林斯利說。
Linsley、Finkbeiner 和他們的同事選擇了鈣傳感器，最初設(shè)計用于跟蹤細(xì)胞內(nèi)的鈣水平。當(dāng)細(xì)胞死亡并且細(xì)胞膜變得滲漏時，一個副作用是鈣會涌入細(xì)胞的水狀細(xì)胞質(zhì)中，而細(xì)胞質(zhì)中的鈣含量通常相對較低。
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