Инфракрасные лучи показывают типы клеток в новом свете

Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США разрабатывают метод идентификации отдельных клеток и диагностики их состояния (здоровые или больные) с помощью высокофокусированного инфракрасного света, направленного на живые клетки.

Микроскопические цветовые карты для определения клеточной идентичности

Метод направлен на создание подробных цветовых карт отдельных клеток и их скоплений (в микро- и, в перспективе, наноразмерном разрешении). Эти карты будут анализироваться с помощью методов машинного обучения для автоматической сортировки клеточных характеристик.

Ключевые преимущества метода:

• Полностью неинвазивный — не требует вредного для клеток вмешательства или методов маркировки.
• Позволяет исследовать живые клетки в их естественной среде.
• Выявляет «подписи» (signatures), определяющие, что такое клетка, включая её специализацию и идентичность.

Исследование, объединяющее нейронауки, инфракрасную визуализацию, вычисления и машинное обучение, призвано выяснить, определяется ли специализация клетки её окружением или является частью её внутренней идентичности.

Верификация и первые результаты

Для проверки метода команда сравнивает инфракрасные изображения с изображениями, полученными с помощью стандартной техники иммунофлуоресценции.

Уже в неопубликованной работе обнаружено, что один и тот же тип клеток мозга, взятый из разных его областей, по-разному реагирует на инфракрасный свет, хотя внешне они не отличаются. Метод позволяет визуализировать расположение и разнообразие типов клеток в образцах тканей.

Долгосрочные цели и поддержка

Долгосрочные цели включают понимание прогрессирования болезни на клеточном уровне и изучение трансформации стволовых клеток в другие типы.

Исследование получило стартовое финансирование через Chan Zuckerberg Initiative DAF (CZI). Проект, названный «спектральным фенотипированием» (spectral phenotyping), упомянут в статье журнала Science (8 августа) в контексте масштабного проекта Human Cell Atlas.

Технические особенности и перспективы

• Инфракрасный свет на Advanced Light Source (ALS) обладает редкими свойствами, а его применение для идентификации клеток мало изучено.
• Детекторы одной из инфракрасных линий ALS могут сканировать 1000 длин волн для каждого пикселя, генерируя огромный объем данных.
• Алгоритмы машинного обучения анализируют не один признак, а весь комплекс различий.
• В планах — использование новой линии ALS с более высоким разрешением (до десятков нанометров) и разработка системы проточной визуализации живых клеток.

Конечная цель — создать готовую, удобную систему, открытую для мирового научного сообщества, полезную в том числе для исследователей, работающих с менее мощными инфракрасными инструментами.