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A técnica nova pode medir o processo metabólico a nível da único-pilha

Metabolismo celular compreensivo - como uma pilha usa a energia poderia ser chave a tratar um vasto leque das doenças, incluindo doenças vasculares e cancro.

Quando muitas técnicas puderem medir estes processos entre dez dos milhares de pilhas, os pesquisadores foram incapazes de medi-las a nível da único-pilha.

Os pesquisadores na universidade da escola do Pritzker de Chicago da divisão da engenharia molecular e de ciências biológicas desenvolveram uma técnica de aprendizagem combinada da imagem lactente e da máquina que pudesse, pela primeira vez, medir um processo metabólico a níveis celulares e secundário-celulares.

Usando um biosensor genetically codificado emparelhado com a inteligência artificial, os pesquisadores podiam medir a glicólise, o processo de transformar a glicose na energia, de únicas pilhas endothelial, as pilhas que alinham vasos sanguíneos.

Encontraram que quando estas pilhas se movem e se contratam, usam mais glicose, e igualmente encontraram que glicose da tomada das pilhas através de um receptor previamente desconhecido. Compreender este processo podia conduzir para melhorar os tratamentos para o cancro e doenças vasculares, incluindo COVID-19.

A pesquisa, publicada no metabolismo da natureza, foi conduzida por Assoc. Prof. YUN Colmilho e co-conduzido por Asst. Prof. junho Huang, com o companheiro pos-doctoral anterior e agora o Asst. Prof. David Wu e aluno diplomado biofísico Devin Harrison das ciências.

O metabolismo celular compreensivo é universal importante. Medindo o metabolismo da único-pilha, nós temos potencial uma maneira nova de tratar uma vasta gama de doenças.”

Asst. Prof. junho Huang

“Isto é a primeira vez que nós podemos visualizar o metabolismo celular em temporal diferente e escalas espaciais, mesmo a nível subcelular, que poderia fundamental mudar a língua e a aproximação para pesquisadores ao metabolismo celular do estudo,” Colmilho disse.

Glicólise de medição

As pilhas Endothelial fornecem normalmente uma camada apertada dentro dos vasos sanguíneos, mas podem contratar, saindo abrem dentro desta camada, quando precisam a ajuda do sistema imunitário. A contracção anormal pode causar vasos sanguíneos gotejantes, conduzindo ao cardíaco de ataque ou ao curso. Tal contracção em vasos sanguíneos em torno dos pulmões pode igualmente fazer com que o líquido escape dentro, que acontece no caso da síndrome de aflição respiratória aguda. (Isto ocorre frequentemente nos pacientes com casos severos de COVID-19.)

Para compreender melhor como as pilhas metabolizam a energia para abastecer esta contracção, os pesquisadores giraram para sensores de transferência de energia da ressonância de Förster--biosensors genetically codificados que podem medir a quantidade de lactato dentro das pilhas. O lactato é o byproduct da glicólise.

Embora os pesquisadores não criaram os sensores, emparelhando os sensores com os algoritmos de aprendizagem da máquina, criaram uma técnica ainda mais poderosa que os permitisse às pilhas da imagem, analise os dados, e analise gramaticalmente para fora reacções da glicólise a níveis celulares e subcelulares.

“Agora nós podemos olhar e para compreender detalhes dentro das pilhas, como determinadas áreas das pilhas onde há um aumento da glicólise,” Colmilho disse. “Esta é uma inovação tecnológica chave.”

Podiam medir apenas as pilhas de quanto glicose usadas quando contrataram e se moveram, e igualmente encontraram um mecanismo novo do transporte da glicose negociado pelo cytoskeleton da pilha - um receptor chamado GLUT3 - que estas pilhas usam à glicose da tomada.

Criando tratamentos novos

Compreendendo como os trabalhos da glicólise a nível celular poderiam finalmente conduzir aos tratamentos que inibem este processo quando benéficos - no caso dos vasos sanguíneos gotejantes nos pacientes com aterosclerose, por exemplo. Poderia igualmente ajudar os pacientes cujos os sistemas imunitários estão reagindo de modo exagerado a COVID-19, por exemplo, e a ajuda da necessidade que fecha as diferenças dentro de suas pilhas endothelial em torno de seus pulmões.

“Se nós podemos encontrar uma maneira de inibir a contracção, nós poderíamos diminuir a síndrome de aflição respiratória aguda nos pacientes COVID-19,” Colmilho disse.

Igualmente tem implicações importantes em tratar o cancro. A migração Endothelial e a proliferação, conduzidas pela glicólise, são processos celulares principais envolvidos no crescimento vascular, que é necessário para a sobrevivência e o crescimento do tumor. Compreender apenas como isto trabalha poderia ajudar pesquisadores a destruir tumores e inibir o crescimento do tumor.

Poderia igualmente ser útil na terapia de célula T do CARRO, que recruta próprio sistema imunitário do corpo para lutar tumores. Quando a terapia for salva-vidas para algum, muitos pacientes não lhe respondem. Desde que as pilhas endothelial são importantes para permitir que as T-pilhas infiltrem tumores e o metabolismo celular é instrumental às funções de célula T, os pesquisadores acreditam aquele o metabolismo celular de modulação poderia ajudar a criar um sistema melhor da imunoterapia.

Os pesquisadores estão testando actualmente tais inibidores para tratar a síndrome de aflição respiratória aguda de COVID-19-induced no laboratório nacional de Argonne.

“Podemos nós finalmente reprogram pilhas através do metabolismo?” Huang disse. “É uma pergunta importante, e nós precisamos de compreender apenas como o metabolismo trabalha. Há um potencial enorme aqui, e este é apenas o ponto de partida.”

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.