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O algoritmo computacional da biologia podia ajudar a aperfeiçoar as condições da cultura exigidas para a terapia de pilha

A terapia celular é uma estratégia poderosa para produzir as pilhas paciente-específicas, personalizadas para tratar muitas doenças, incluindo a doença cardíaca e desordens neurológicas. Mas um desafio principal para aplicações da terapia de pilha está mantendo pilhas vivas e bem no laboratório.

Isso pode logo mudar como pesquisadores no Duque-NUS Faculdade de Medicina, Singapura, e a universidade de Monash, Austrália planejou um algoritmo que pudesse prever que moléculas são necessários manter pilhas saudáveis em culturas do laboratório. Desenvolveram uma aproximação computacional chamada EpiMogrify, de que podem prever as moléculas necessários para sinalizar células estaminais para mudar nas pilhas específicas do tecido, que podem ajudar a acelerar os tratamentos que exigem pilhas pacientes crescentes no laboratório.

A biologia computacional está transformando-se ràpida um enabler chave na terapia de pilha, fornecendo uma maneira de procurar um caminho mais curto aproximações de outra maneira caras e demoradas da descoberta com algoritmos inteligente projetados.”

Owen Rackham, biólogo computacional, Duque-NUS

O professor adjunto Owen Rackham é autor superior e correspondente do estudo, publicado hoje nos sistemas da pilha do jornal.

No laboratório, as pilhas frequentemente são crescidas e mantidas nas culturas celulares, formadas de uma substância, chamado um media, que contenha nutrientes e outras moléculas. Foi um desafio em curso para identificar as moléculas necessárias para manter as pilhas de alta qualidade na cultura, assim como encontrando as moléculas que podem induzir células estaminais converter à outra pilha dactilografa.

A equipa de investigação desenvolveu um modelo de computador chamado EpiMogrify que identificou com sucesso moléculas para adicionar aos media de cultura celular para manter as pilhas de nervo saudáveis, chamadas astrocytes, e pilhas do coração, chamado cardiomyocytes. Igualmente usaram seu modelo para prever com sucesso as moléculas que provocam células estaminais para transformar em astrocytes e em cardiomyocytes.

A “pesquisa no Duque-NUS está pavimentando a estrada para que terapias de pilha e a medicina regenerativa entre na clínica em Singapura e no mundo inteiro; este estudo leverages nossa experiência na biologia computacional e de sistemas para facilitar a produção da boa prática (GMP) de fabricação das pilhas de alta qualidade para estas aplicações terapêuticas tão necessárias,” disse o professor adjunto Enrico Petretto, que conduz o grupo da genética dos sistemas no Duque-NUS, e é um sénior e um autor correspondente do estudo.

Os pesquisadores adicionaram informação existente em seu modelo sobre os genes etiquetados com os marcadores epigenéticos cuja a presença indica que um gene é importante para a identidade da pilha. O modelo determina então quais destes genes codificam realmente para as proteínas necessárias para a identidade de uma pilha. Adicionalmente, o modelo incorpora dados sobre as proteínas que ligam aos receptors da pilha para influenciar suas actividades. Junto, esta informação é usada pelo modelo de computador para prever as proteínas específicas que influenciarão as identidades das pilhas diferentes.

“Esta aproximação facilita a identificação das condições as melhores da cultura celular para pilhas de conversão e igualmente para crescer as pilhas de alta qualidade exigidas para aplicações da terapia de pilha,” disse o professor companheiro futuro Jose Polo do ARCO, do Discovery Institute da biomedicina de universidade de Monash e do instituto australiano da medicina da pesquisa, que é igualmente um sénior e um autor correspondente do estudo.

A equipe comparou culturas usando moléculas de proteína prevista por EpiMogrify a um tipo de cultura celular de uso geral que usa uma grande quantidade de moléculas e de produtos químicos complexos desconhecidos ou indeterminados. Encontraram que as culturas EpiMogrify-previstas trabalharam também ou mesmo ultrapassaram sua eficácia.

Os pesquisadores arquivaram para uma patente em sua aproximação computacional e nos factores que da cultura celular previu para o destino de manutenção e de controlo da pilha. As moléculas previstas de EpiMogrify estão disponíveis para que outros pesquisadores explorem em uma base de dados pública: http://epimogrify.ddnetbio.com.

“Nós apontamos continuar a desenvolver as ferramentas e as tecnologias que podem permitir terapias de pilha e as trazer à clínica tão eficientemente e com segurança como possível,” dissemos o prof. Rackham de Asst.

“A tecnologia desenvolvida pode identificar as condições da cultura celular exigidas manipular o destino da pilha e esta facilita crescer pilhas importantes em culturas químico-definidas para aplicações da terapia de pilha,” adicionou o Dr. Uma S. Kamaraj, autor principal do estudo e um graduado de Biologia do Duque-NUS' Integração e o programa da medicina PhD.

Source:
Journal reference:

Kamaraj, U.S., et al. (2020) EpiMogrify Models H3K4me3 Data to Identify Signaling Molecules that Improve Cell Fate Control and Maintenance. Cell Systems. doi.org/10.1016/j.cels.2020.09.004.