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La nueva técnica puede medir proceso metabólico en el nivel unicelular

Metabolismo celular de comprensión - cómo una célula utiliza energía podría ser dominante a tratar una amplia gama de enfermedades, incluyendo enfermedades vasculares y cáncer.

Mientras que muchas técnicas pueden medir estos procesos entre decenas de miles de células, los investigadores han no podido medirlas en el nivel unicelular.

Los investigadores en la universidad de la escuela de Pritzker de Chicago de la división de la ingeniería molecular y de ciencias biológicas han desarrollado una técnica de aprendizaje combinada de la proyección de imagen y de máquina que puede, medir por primera vez un proceso metabólico en los niveles celulares y subcelulares.

Usando un biosensor genético codificado emparejado con inteligencia artificial, los investigadores podían medir la glicolisis, el proceso de girar la glucosa en energía, de únicas células endoteliales, las células que forran los vasos sanguíneos.

Encontraron que cuando estas células se mueven y contratan, utilizan más glucosa, y también encontraron que glucosa de la absorción de las células a través de un receptor previamente desconocido. La comprensión de este proceso podía llevar para mejorar los tratamientos para el cáncer y las enfermedades vasculares, incluyendo COVID-19.

La investigación, publicada en metabolismo de la naturaleza, fue llevada por Assoc. Profesor Yun Fang y co-llevado por Asst. Profesor junio Huang, con el becario postdoctoral anterior y ahora Asst. Profesor David Wu y estudiante de tercer ciclo biofísico Devin Harrison de las ciencias.

El metabolismo celular de comprensión es universal importante. Midiendo metabolismo unicelular, potencialmente tenemos una nueva manera de tratar una amplia gama de enfermedades.”

Asst. Profesor junio Huang

“Éste es que podemos visualizar metabolismo celular en diverso temporal y las escalas espaciales, incluso en el nivel subcelular, que podría cambiar fundamental el lenguaje y la aproximación para los investigadores al metabolismo celular del estudio,” Fang dijo la primera vez.

Glicolisis de medición

Las células endoteliales ofrecen normalmente una capa apretada dentro de los vasos sanguíneos, pero pueden contratar, yéndose abren dentro de esta capa, cuando necesitan ayuda del sistema inmune. La contracción anormal puede causar los vasos sanguíneos permeables, llevando al ataque del corazón o al recorrido. Tal contracción en vasos sanguíneos alrededor de los pulmones puede también hacer el líquido escaparse hacia adentro, que suceso en el caso de síndrome de señal de socorro respiratoria agudo. (Esto ocurre a menudo en pacientes con los casos severos de COVID-19.)

Para entender mejor cómo las células metabolizan energía para aprovisionar de combustible esta contracción, los investigadores giraron a los sensores de la transferencia de energía de resonancia de Förster--biosensores genético codificados que pueden medir la cantidad de lactato dentro de las células. El lactato es el subproducto de la glicolisis.

Aunque los investigadores no crearon los sensores, emparejando los sensores con algoritmos de aprendizaje de máquina, crearon una técnica aún más potente que los permitió a las células de la imagen, analice los datos, y analice fuera las reacciones de la glicolisis en los niveles celulares y subcelulares.

“Ahora podemos observar y entender a los detalles dentro de las células, como ciertas áreas de células donde hay un aumento de la glicolisis,” Fang dijo. “Esto es una innovación tecnológica dominante.”

Podían medir apenas las células de cuánta glucosa usadas cuando contrataron y se movieron, y ellos también encontraron un nuevo mecanismo del transporte de la glucosa mediado por el citoesqueleto de la célula - un receptor llamado GLUT3 - que estas células utilizan a la glucosa de la absorción.

Crear nuevos tratamientos

Entendiendo cómo los trabajos de la glicolisis en el nivel celular podrían llevar final a los tratamientos que inhiben este proceso cuando son beneficiosos - en el caso de los vasos sanguíneos permeables en pacientes con ateroesclerosis, por ejemplo. Podría también ayudar a los pacientes cuyos sistemas inmunes están reaccionando exageradamente a COVID-19, por ejemplo, y a la ayuda de la necesidad que cierra los entrehierros dentro de sus células endoteliales alrededor de sus pulmones.

“Si podemos encontrar una manera de inhibir la contracción, podríamos aminorar el síndrome de señal de socorro respiratoria agudo en los pacientes COVID-19,” Fang dijo.

También tiene implicaciones importantes en tratar el cáncer. La migración endotelial y la proliferación, impulsadas por la glicolisis, son procesos celulares importantes implicados en el incremento vascular, que es necesario para la supervivencia y el incremento del tumor. La comprensión apenas de cómo esto trabaja podría ayudar a investigadores a destruir tumores y a inhibir incremento del tumor.

Podría también ser útil en la terapia del linfocito T del VEHÍCULO, que recluta el propio sistema inmune de la carrocería a los tumores del combate. Mientras que la terapia ha sido salvavidas para alguno, muchos pacientes no responden a ella. Puesto que las células endoteliales son importantes para permitir que las T-células infiltren tumores y el metabolismo celular es instrumental a las funciones del linfocito T, los investigadores creen eso el metabolismo celular de modulación podría ayudar para crear un mejor sistema de la inmunoterapia.

Los investigadores están probando actualmente tales inhibidores para tratar síndrome de señal de socorro respiratoria agudo de COVID-19-induced en el laboratorio nacional de Argonne.

“Podemos reprogramar final las células a través de metabolismo?” Huang dijo. “Es una pregunta importante, y necesitamos entender apenas cómo el metabolismo trabaja. Hay potencial enorme aquí, y éste es apenas el punto 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.