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La nuova tecnica può misurare il trattamento metabolico al livello unicellulare

Metabolismo cellulare di comprensione - come una cella usa l'energia potrebbe essere chiave a trattare una grande selezione delle malattie, compreso le malattie vascolari ed il cancro.

Mentre molte tecniche possono misurare questi trattamenti fra decine di migliaia di celle, i ricercatori hanno non potuti misurarle al livello unicellulare.

I ricercatori all'università di banco del Pritzker di Chicago di divisione di scienze biologiche e di assistenza tecnica molecolare hanno sviluppato una tecnica combinata di apprendimento automatico e della rappresentazione che può, per la prima volta, misurare un trattamento metabolico sia ai livelli cellulari che sottocellulari.

Facendo uso di un biosensore geneticamente codificato accoppiato con intelligenza artificiale, i ricercatori potevano misurare la glicolisi, il trattamento del glucosio di tornitura in energia, di singole celle endoteliali, le celle che allineano i vasi sanguigni.

Hanno trovato che quando queste celle si muovono e contrattano, usano più glucosio ed egualmente hanno trovato che glucosio di assorbimento delle cellule tramite un ricevitore precedentemente sconosciuto. La comprensione del questo trattamento ha potuto piombo per migliorare i trattamenti per cancro e le malattie vascolari, compreso COVID-19.

La ricerca, pubblicata nel metabolismo della natura, piombo da Assoc. Prof. Yun Fang e guidato co da Asst. Prof. giugno Huang, con l'ex collega postdottorale ed ora Asst. Prof. David Wu e dottorando biofisico Devin Harrison di scienze.

Il metabolismo cellulare di comprensione è universalmente importante. Misurando il metabolismo unicellulare, potenzialmente abbiamo un nuovo modo di trattamento delle una vasta gamma malattie.„

Asst. Prof. giugno Huang

“Questo è la prima volta che possiamo prevedere il metabolismo cellulare a temporale differente e disgaggi spaziali, anche al livello sottocellulare, in grado di cambiare fondamentalmente il linguaggio e l'approccio affinchè i ricercatori studi il metabolismo cellulare,„ Fang ha detto.

Glicolisi di misurazione

Le celle endoteliali forniscono normalmente un livello stretto dentro i vasi sanguigni, ma possono contrattare, andando aprono all'interno di questo livello, quando hanno bisogno della guida dal sistema immunitario. La contrazione anormale può causare i vasi sanguigni colanti, piombo all'attacco di cuore o al colpo. Tale contrazione in vasi sanguigni intorno ai polmoni può anche indurre il liquido a colare dentro, che accade nel caso della sindrome di emergenza respiratoria acuta. (Questo si presenta spesso in pazienti con i casi severi di COVID-19.)

Per capire meglio come le celle metabolizzano l'energia per rifornire questa contrazione di combustibile, i ricercatori si sono girati verso i sensori di trasferimento di energia di risonanza di Förster--biosensori geneticamente codificati che possono misurare la quantità di lattato dentro le celle. Il lattato è il sottoprodotto di glicolisi.

Sebbene i ricercatori non crino i sensori, accoppiando i sensori con gli algoritmi di apprendimento automatico, hanno creato una tecnica ancor più potente che li ha permessi alle celle di immagine, analizza i dati ed analizza fuori le reazioni di glicolisi ai livelli cellulari e sottocellulari.

“Ora possiamo esaminare e capire i dettagli all'interno delle celle, come le aree sicure delle celle in cui c'è un aumento di glicolisi,„ Fang ha detto. “Questa è un'innovazione tecnologica chiave.„

Potevano misurare appena celle di quanto glucosio usate quando hanno contrattato e si mosse ed essi egualmente hanno trovato un nuovo meccanismo del trasporto del glucosio mediato dal citoscheletro delle cellule - un ricevitore chiamato GLUT3 - che queste celle usano al glucosio di assorbimento.

Creazione dei trattamenti nuovi

Capendo come gli impianti di glicolisi al livello cellulare potrebbero infine piombo ai trattamenti che inibiscono questo trattamento una volta utili - nel caso dei vasi sanguigni colanti in pazienti con aterosclerosi, per esempio. Potrebbe anche aiutare i pazienti di cui i sistemi immunitari stanno reagendo in modo esagerato a COVID-19, per esempio ed a guida di bisogno che elimina i divari all'interno delle loro celle endoteliali intorno ai loro polmoni.

“Se possiamo trovare un modo inibire la contrazione, potremmo diminuire la sindrome di emergenza respiratoria acuta in pazienti COVID-19,„ Fang ha detto.

Egualmente ha implicazioni importanti nel trattamento del cancro. La migrazione endoteliale e la proliferazione, determinate da glicolisi, sono trattamenti cellulari importanti in questione nella crescita vascolare, che è necessaria per la sopravvivenza e la crescita del tumore. La comprensione appena come questo funziona potrebbe aiutare i ricercatori sia a distruggere i tumori che inibire la crescita del tumore.

Potrebbe anche essere utile nella terapia a cellula T dell'AUTOMOBILE, che recluta il proprio sistema immunitario dell'organismo per combattere i tumori. Mentre la terapia è stata salvataggio per alcuno, molti pazienti non rispondono a. Poiché le celle endoteliali sono importanti per permettere che le cellule T si infiltrino nei tumori ed il metabolismo cellulare è strumentale alle funzioni a cellula T, i ricercatori ritengono quello il metabolismo cellulare di modulazione potrebbe aiutare per creare un migliore sistema di immunoterapia.

I ricercatori corrente stanno provando tali inibitori per trattare la sindrome di emergenza respiratoria acuta di COVID-19-induced al laboratorio nazionale di Argonne.

“Possiamo infine riprogrammare le celle attraverso metabolismo?„ Huang ha detto. “È una domanda importante e dobbiamo capire appena come il metabolismo funziona. C'è potenziale enorme qui e questo è appena il punto di partenza.„

Source:
Journal reference:

Wu, D, et al. (2021) Single-cell metabolic imaging reveals a SLC2A3-dependent glycolytic burst in motile endothelial cells. Nature Metabolism. doi.org/10.1038/s42255-021-00390-y.