به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه علمی پزشکی باشگاه خبرنگاران جوان به نقل از مدیکال اکسپرس، درک متابولیسم سلولی (چگونگی استفاده سلول از انرژی) می‌تواند کلیدی در درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها از جمله بیماری‌های عروقی و سرطان باشد.

با وجود اینکه بسیاری از تکنیک‌ها می‌توانند این فرآیند‌ها را در بین ده هزار سلول اندازه گیری کنند، محققان قادر به اندازه گیری آن‌ها در سطح تک سلولی نبوده‌اند.

محققان دانشکده مهندسی مولکولی و علوم زیست شناختی پریتزکر دانشگاه شیکاگو یک روش تصویربرداری ترکیبی و یادگیری ماشین را ایجاد کرده‌اند که برای اولین بار می‌تواند یک فرآیند متابولیک را در دو سطح سلولی و زیر سلولی اندازه گیری کند.

محققان با استفاده از یک حسگر زیستی رمزگذاری شده ژنتیکی همراه با هوش مصنوعی موفق به اندازه گیری گلیکولیز (فرآیند تبدیل گلوکز به انرژی، سلول‌های اندوتلیال منفرد، سلول‌های رگ‌های خونی) شدند.

آن‌ها دریافتند که وقتی این سلول‌ها حرکت کرده و منقبض می‌شوند، از گلوکز بیشتری استفاده می‌کنند و نیز دریافتند سلول‌ها از طریق یک گیرنده ناشناخته، گلوکز را جذب می‌کنند. درک این روند می‌تواند منجر به درمان‌های بهتر برای سرطان و بیماری‌های عروقی از جمله کووید-۱۹ شود.

هوانگ محقق اصلی این مطالعه گفت: درک متابولیسم سلولی از اهمیت جهانی برخوردار است. با اندازه گیری متابولیسم تک سلولی، ما به طور بالقوه راهی جدید برای درمان طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها داریم.

فانگ محقق دیگر نیز گفت: این اولین بار است که ما می‌توانیم متابولیسم سلولی را در مقیاس‌های مختلف زمانی و مکانی، حتی در سطح زیر سلول، تجسم کنیم که می‌تواند زبان و رویکرد محققان را برای مطالعه متابولیسم سلولی تغییر دهد.

اندازه گیری گلیکولیز

سلول‌های اندوتلیال معمولا یک لایه محکم در داخل رگ‌های خونی ایجاد می‌کنند، اما در صورت نیاز به کمک سیستم ایمنی بدن، می‌توانند منقبض شده و در این لایه شکاف ایجاد کنند. انقباض غیر عادی می‌تواند باعث نشت رگ‌های خونی شده و منجر به حمله قلبی یا سکته شود. چنین انقباضی در رگ‌های خونی اطراف ریه‌ها نیز می‌تواند باعث نشت مایعات شود که در مورد سندرم دیسترس تنفسی حاد اتفاق می‌افتد. (این امر اغلب در بیماران با موارد شدید کووید-۱۹ اتفاق می‌افتد.)

برای درک بهتر چگونگی سوخت و ساز سلول در این حالت انقباض، محققان به سنسور‌های انتقال انرژی رزونانس، حسگر‌های زیستی رمزگذاری شده ژنتیکی روی آوردند که می‌تواند میزان لاکتات داخل سلول‌ها را اندازه گیری کند. لاکتات محصول جانبی گلیکولیز است.

اگرچه محققان سنسور‌ها را ایجاد نکردند، اما با جفت شدن سنسور‌ها با الگوریتم‌های یادگیری ماشین آن‌ها یک تکنیک حتی قدرتمندتر را ایجاد کردند که به آن‌ها امکان تصویربرداری از سلول‌ها، تجزیه و تحلیل داده‌ها و واکنش‌های گلیکولیز را در سطح سلولی و زیر سلول داده است.

فانگ گفت: اکنون ما می‌توانیم جزئیات درون سلول‌ها را بررسی کنیم، مانند مناطق خاصی از سلول‌ها که افزایش گلیکولیز در آن‌ها وجود دارد؛ این یک نوآوری کلیدی در فناوری است.

آن‌ها قادر به اندازه گیری میزان سلول‌های گلوکز در هنگام انقباض و حرکت بودند و همچنین مکانیسم جدیدی برای انتقال گلوکز با واسطه اسکلت سلولی سلول (گیرنده‌ای به نام GLUT۳) پیدا کردند که این سلول‌ها برای جذب گلوکز استفاده می‌کنند.

ایجاد درمان‌های جدید

درک نحوه عملکرد گلیکولیز در سطح سلولی در نهایت می‌تواند منجر به درمان‌هایی شود که در صورت مفید بودن این روند را مهار می‌کنند؛ به عنوان مثال در مورد رگ‌های خونی نشتی در بیماران مبتلا به تصلب شرایین. همچنین می‌تواند به بیمارانی که سیستم ایمنی بدنشان واکنش شدید به کووید-۱۹ نشان داده و نیاز به کمک در از بین بردن شکاف سلول‌های اندوتلیال اطراف ریه‌ها دارد، یاری رساند.

فانگ گفت: اگر بتوانیم راهی برای مهار انقباض پیدا کنیم، می‌توانیم سندرم دیسترس تنفسی حاد را در بیماران کووید-۱۹ کاهش دهیم.

این روش همچنین در درمان سرطان پیامد‌های مهمی دارد. مهاجرت و تکثیر اندوتلیال ناشی از گلیکولیز فرآیند‌های اصلی سلولی درگیر در رشد عروقی است که برای بقا و رشد تومور ضروری است. درک دقیق چگونگی این کار می‌تواند به محققان کمک کند تا تومور‌ها را از بین برده و از رشد آن جلوگیری کنند.

همچنین می‌تواند در درمان سلول‌های T CAR که با استفاده از آن‌ها سیستم ایمنی بدن، خود را برای مقابله با تومور‌ها آماده می‌کند، مفید باشد. در حالی که این درمان برای برخی نجات دهنده بوده است، بسیاری از بیماران به آن پاسخ نمی‌دهند. از آنجا که سلول‌های اندوتلیال برای نفوذ سلول‌های T به تومور‌ها مهم هستند و متابولیسم سلولی در عملکرد سلول‌های T نقش مهمی دارد، محققان بر این باورند که تعدیل متابولیسم سلولی می‌تواند به ایجاد یک سیستم ایمنی درمانی بهتر کمک کند.

محققان در حال حاضر در حال آزمایش چنین بازدارنده‌هایی برای درمان سندرم دیسترس حاد تنفسی ناشی از کووید-۱۹ در آزمایشگاه ملی آرگون هستند.

بیشتر بخوانید 

• روشی که می‌تواند به مقابله با همه‌گیری‌های آینده کمک کند

انتهای پیام/