第一次,研究人员在单个细胞水平代谢过程的可视化
理解细胞metabolism-how细胞使用能源可以治疗各种疾病的关键,包括血管疾病和癌症。
虽然许多技术可以测量这些过程在成千上万的细胞,研究人员一直无法测量它们在单细胞水平。
芝加哥大学的研究人员的普利兹克分子工程和生物科学学院的部门开发了一种成像和机器学习技术相结合,首次测量代谢过程在细胞和亚细胞水平。
基因编码的生物传感器配合使用人工智能研究人员能够测量糖酵解,将葡萄糖转化为能量的过程中,单一内皮细胞细胞血管。
他们发现,当这些细胞移动和合同,他们使用更多的葡萄糖,他们还发现,通过未知的受体细胞吸收葡萄糖。理解这一过程可能会带来更好的治疗癌症和心血管疾病,包括COVID-19。
这项研究发表在自然的新陈代谢,由协会。云教授方共同Asst.六月黄教授,与前博士后,现在Asst.吴振伟教授和生物物理科学研究生德文·哈里森。
“理解细胞的新陈代谢是普遍重要的,”黄说。“通过测量单细胞新陈代谢,我们可能有一个治疗各种疾病的新方法。”
“这是第一次,我们可以想象在不同的时间和空间尺度上的细胞代谢,甚至在亚细胞水平,这将从根本上改变人员的语言和方法研究细胞新陈代谢,”方说。
测量糖酵解
血管内皮细胞通常提供的层内,但他们可以合同,留下空白在这一层,当他们需要帮助免疫系统。异常收缩会导致漏水的血管,导致心脏病或中风。这样在肺血管收缩也会导致流体泄漏,这发生在急性呼吸窘迫综合征。(这通常发生在患者严重的COVID-19)。
更好地了解细胞能量代谢燃料这一收缩,研究人员转向福斯特共振能量转移sensors-genetically编码的生物传感器,可以测量细胞内乳酸的数量。乳酸是糖酵解的副产品。
虽然研究人员还没有创建传感器,通过配对传感器与机器学习算法,他们创造了一个更强大的技术,允许他们形象细胞,分析数据,解析出糖酵解反应在细胞和亚细胞水平。
“现在我们可以看和理解细胞内的细节,如细胞的某些领域哪里有增加糖酵解,”方说。“这是一个关键的技术创新。”
他们能够测量多少葡萄糖细胞时使用简约而感动,他们也发现了一个新的葡萄糖运输机制介导细胞的cytoskeleton-a受体称为GLUT3-that这些细胞吸收葡萄糖。
创建新的治疗方法
了解糖酵解在细胞水平上工作可能最终导致治疗抑制这一过程有利于漏水的情况血管例如,患者的动脉粥样硬化。它还可以帮助病人的免疫系统反应过度COVID-19,例如,需要帮助消除差异在内皮细胞在肺部。
“如果我们能找到一种方法来抑制收缩,我们可以减少COVID-19急性呼吸窘迫综合征的患者,”方说。
它在治疗癌症也有重要的启示。内皮细胞迁移和增殖,由糖酵解,是主要的细胞过程参与血管生长,肿瘤生存和生长所必需的。理解这是如何工作的同时可以帮助研究人员破坏肿瘤和抑制肿瘤的生长。
它也可能是有用的在汽车t细胞疗法,身体自身的新兵免疫系统对抗肿瘤。虽然治疗已经挽救生命对某些人来说,许多病人没有反应。由于内皮细胞是重要的允许t细胞渗透到肿瘤和细胞代谢是辅助t细胞功能,研究人员相信调制细胞的新陈代谢可以帮助创建一个更好的免疫系统。
研究人员目前正在测试这类抑制剂治疗COVID-19-induced阿尔贡国家实验室的急性呼吸窘迫综合征。
“我们最终能重新编程细胞通过新陈代谢吗?”Huang said. "It's an important question, and we need to understand just how新陈代谢的工作原理。这里有巨大的潜力,这仅仅是个起点。”
进一步探索
