محققان یک تکنیک تصویربرداری جدید برای تجسم چند ده پروتئین در یک بخش بافت نازک با وضوح بالا با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس ایجاد کردند.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، این تکنیک محققان را قادر می‌سازد تا توسعه ارگانوئیدهای شبکیه انسان را با وضوح زمانی و مکانی بالا ترسیم کنند و بینشی در مورد چگونگی شکل گیری بافت سالم ارائه دهند تا تمام فرایند دوره تکوینی 39 هفته‌ای ارگانوئیدهای شبکیه را توصیف کند. هدف محققان این است که این رویکرد را برای انواع بافت‌های دیگر مانند مغز انسان و بافت‌های مختلف تومور، و همچنین ایجاد اطلسی در مورد رشد ارگانوئیدها و بافت‌های انسانی ارائه دهند. بنابراین در این مطالعه محققان در حال توسعه اطلسی برای نقشه برداری از ژن‌ها و پروتئین‌های موجود در بافت انسان و ارگانوئیدها هستند تا در مورد نحوه تکوین و ایجاد بیماری‌های آنها اطلاعات بیشتری کسب کنند.
ارزیابی تکوین و مورفوژنز بافت
ارگانوئیدهای تولید شده از سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی، سیستم‌های آزمایشی را برای مطالعه رشد و بیماری فراهم می‌کنند، اما اندازه‌گیری‌های کمی در مقیاس‌های مختلف فضایی و روش‌های مولکولی وجود ندارد. بنابراین فن‌آوری‌ها برای اندازه‌گیری روش‌های مولکولی متعدد در سلول‌های منفرد و ارگانوئیدها توانایی ما را برای کشف زیست‌شناسی تکوینی تغییر می‌دهند. در سیستم‌های در حال توسعه، توالی‌یابی تک سلولی و اندازه‌گیری‌های مبتنی بر تصویر می‌توانند برای بازسازی مسیرهای حالت سلولی مورد استفاده قرار گیرند، که نوید بینش جدیدی را در مورد پویایی تمایز در بین دودمان و حوزه‌های فضایی می‌دهد. این فناوری‌ها که برای ارگانوئیدهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی انسانی اعمال می‌شوند، می‌توانند برای درک چگونگی ارتباط حالت‌های سلولی تعریف‌شده مولکولی با ساختار بافت و توسعه مورفولوژیکی و در نهایت برای ایجاد مدل‌های مجازی پیش‌بینی‌کننده بیماری‌های انسانی مورد استفاده قرار گیرند. یک چالش اصلی برای دستیابی به این هدف، ادغام اندازه‌گیری‌های چندوجهی در مقیاس‌های فضایی به روش‌های معنی‌دار برای آشکار کردن مکانیسم‌هایی است که تکوین و مورفوژنز بافت را هدایت می‌کنند.
تصویربرداری ایمونوفلورسانس غیرمستقیم
در این روش محققان از یک تکنیک تصویربرداری جدید به نام تصویربرداری ایمونوفلورسانس غیرمستقیم تکراری برای مشاهده با وضوح بالا ده‌ها پروتئین در بخش‌های بافت نازک ، از میکروسکوپ فلورسانس استفاده کردند. آنها این روش را برای ارگانوئیدهای شبکیه چشم انسان اعمال کردند و یک سری زمانی از تصاویر و اطلاعات ژنتیکی ایجاد کردند که کل رشد 39 هفته ای ارگانوئیدهای شبکیه را توصیف می‌کند.
سوالات کلیدی دنبال شده در این مطالعه
البته ناگفته نماند در این مشاهدات آنها به دنبال پاسخ این سوالات بودند که چه نوع سلولی در کدام بافت انسانی و در کجا یافت می‌شود؟ کدام ژن‌ها در تک تک سلول‌ها فعال هستند و کدام پروتئین‌ها در آنجا یافت می‌شوند؟ به ویژه اینکه چگونه بافت‌های مختلف در طول رشد جنینی شکل می‌گیرند و چه چیزی باعث بیماری می‌شود.
فناوری 4i
برای کمک به تولید چنین اطلسی، تروتلین، همراه با محققان دانشگاه‌های زوریخ و بازل، اکنون رویکردی را برای جمع آوری و گردآوری اطلاعات زیادی درباره ارگانوئیدها و توسعه آنها ایجاد کرده است. تیم تحقیقاتی این رویکرد را برای ارگانوئیدهای شبکیه چشم انسان که از سلول‌های بنیادی مشتق شده بودند، به کار بردند. در این روش بسیاری از پروتئین‌ها به طور همزمان قابل مشاهده هستند. در قلب روش‌هایی که دانشمندان برای رویکرد خود استفاده کردند، فناوری 4i بود: تصویربرداری ایمونوفلورسانس غیرمستقیم تکراری. این تکنیک تصویربرداری جدید می‌تواند چندین ده پروتئین را در یک بخش بافت نازک با وضوح بالا با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس تجسم کند. فناوری 4i چند سال پیش توسط لوکاس پلکمانز، استاد دانشگاه زوریخ و یکی از نویسندگان این مطالعه که به تازگی در مجله علمی Nature Biotechnology منتشر شده است، توسعه یافت.
مشاهده همزمان53 پروتئین مختلف
در این مطالعه است که محققان برای اولین بار از این روش برای مشاهده ارگانوئیدها استفاده کردند. به طور معمول، محققان از میکروسکوپ فلورسانس برای برجسته کردن سه پروتئین در یک بافت استفاده می‌کنند که هر کدام رنگ فلورسنت متفاوتی دارند. به دلایل فنی، رنگ آمیزی بیش از پنج پروتئین در یک زمان ممکن نیست. در فناوری 4i، از سه رنگ استفاده می‌شود، اما پس از اندازه‌گیری، از نمونه بافت شسته می‌شوند و سه پروتئین جدید رنگ‌آمیزی می‌شوند. این مرحله 18 بار توسط ربات انجام شد و در مجموع 18 روز طول کشید. در نهایت، یک کامپیوتر تصاویر منفرد را در یک تصویر میکروسکوپی ادغام می‌کند که در آن 53 پروتئین مختلف قابل مشاهده است. آنها اطلاعاتی در مورد عملکرد انواع سلول‌های فردی که شبکیه را تشکیل می‌دهند ارائه می‌دهند. به عنوان مثال میله‌ها، مخروط‌ها و سلول‌های گانگلیونی. محققان این اطلاعات بصری پروتئین‌های شبکیه را با اطلاعاتی که بر اساس آن ژن‌ها در سلول‌های فردی خوانده می‌شود تکمیل کرده اند.
وضوح مکانی و زمانی بالا
دانشمندان تمام این تجزیه و تحلیل‌ها را بر روی ارگانوئیدهایی انجام دادند که در سنین مختلف و بنابراین در مراحل مختلف رشد بودند. به این ترتیب، آنها توانستند یک سری زمانی از تصاویر و اطلاعات ژنتیکی ایجاد کنند که کل رشد 39 هفته ای ارگانوئیدهای شبکیه را توصیف می‌کند. اکنون ما می‌توانیم از این سری زمانی استفاده کنیم تا نشان دهیم که چگونه بافت ارگانوئیدی به آرامی ساخته می‌شود، کدام نوع سلول در کجا تکثیر می‌شود و چه زمانی، و سیناپس‌ها در کجا قرار دارند. گری کمپ، استاد دانشگاه بازل و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: این فرآیندها با فرآیندهای تشکیل شبکیه در طول رشد جنینی قابل مقایسه هستند.
بررسی دلایل ایجاد بیماری رتینیت پیگمانتوزا(RP)
دانشمندان تاکنون در حال بررسی چگونگی رشد شبکیه سالم بوده‌اند، اما در آینده امیدوارند با داروها یا تغییرات ژنتیکی رشد ارگانوئیدهای شبکیه را به طور عمدی مختل کنند. کمپ می‌گوید: «این به ما بینش جدیدی در مورد بیماری‌هایی مانند رتینیت پیگمانتوزا، یک بیماری ارثی که باعث می‌شود گیرنده‌های حساس به نور شبکیه به تدریج تحلیل رفته و در نهایت منجر به نابینایی شود، به ما می‌دهد. محققان می‌خواهند دریابند که این فرآیند چه زمانی آغاز می‌شود و چگونه می‌توان آن را متوقف کرد.
نقشه برداری دقیق انواع بافت‌های بدن و ارگانوئیدها
تروتلین و همکارانش همچنین در حال کار بر روی اعمال رویکرد جدید نقشه برداری دقیق برای انواع بافت‌های دیگر، مانند بخش‌های مختلف مغز انسان و بافت‌های مختلف تومور هستند. تا درنهایت بتوانند اطلسی با اطلاعاتی در مورد رشد ارگانوئیدها و بافت‌های انسانی ارائه دهند. هدف محققان در ساخت این اطلس، نه تنها ارائه اطلاعات بافتی است که مستقیماً از انسان جدا شده است، بلکه این اطلس ساختارهایی به نام ارگانوئیدها را نیز ترسیم می‌کند. باربارا تروتلین، پروفسور زیست شناسی رشد کمی در دپارتمان علوم بیوسیستم توضیح می‌دهد: «مزیت ارگانوئیدها این است که می‌توانیم در تکوین آنها مداخله کنیم و مواد فعال را روی آنها آزمایش کنیم، که به ما امکان را می‌دهد در مورد بافت سالم و همچنین بیماری ها اطلاعات بیشتری کسب کنیم.
پایان مطلب/