Искусственный интеллект помогает автоматически отслеживать отдельные молекулы в клетках
Для понимания механизмов действия молекул в клетках или эффектов лекарств идеально было бы отслеживать отдельные молекулы, включая их локализацию и модификации при изменении условий. Однако существующие технологии, требующие много времени, делают это сложным.
Исследовательская группа из Университета Осаки в сотрудничестве с RIKEN разработала систему, преодолевающую эти трудности. Она автоматически находит, фокусируется, визуализирует и отслеживает отдельные молекулы в живых клетках. Метод позволил проанализировать сотни тысяч отдельных молекул в сотнях клеток за короткое время, предоставив надежные данные об их состоянии и динамике.
Метод, описанный в журнале Nature Communications, использует систему на основе искусственного интеллекта. Нейронные сети обучались правильно фокусироваться на образце и автоматически искать клетки, после чего отслеживать отдельные флуоресцентно меченые молекулы с помощью микроскопа полного внутреннего отражения.
Систему протестировали на рецепторном белке EGFR, подвижность которого вдоль плазматической мембраны зависит от определенной модификации. Результаты показали, что система может различать условия с модификацией и без нее, отслеживая движения отдельных рецепторов.
«Мы использовали данные системы для расчета фармакологических параметров, таких как эффективность лекарств и скорость диффузии молекул, — говорит автор-корреспондент Масаширо Уэда из Университета Осаки. — Результаты совпали со значениями, полученными в более ранних трудоемких исследованиях».
«Ключевое преимущество подхода — возможность количественно оценить эффекты лигандов и ингибиторов на мишень на уровне одной молекулы, — добавляет Уэда. — Автоматизация позволяет охарактеризовать множество мишеней с высокой надежностью и низкой стоимостью».
В будущем команда планирует применить систему для мониторинга молекул в других частях клетки (ядро, органеллы) с помощью других оптических микроскопов. Система также может быть полезна для клинического скрининга всего генома и фармакологических тестов.