Технология отслеживания изображений позволяет ученым наблюдать природу vs. воспитание в нейральных стволовых клетках

Новое исследование из Института нейральных стволовых клеток и Инженерного колледжа Университета Дрекселя бросает вызов представлению о том, что судьба стволовых клеток не предопределена. Работа, опубликованная в Stem Cell Reports, с помощью анализа тысяч изображений показывает наличие внутренних различий между стволовыми клетками из разных областей мозга мышей.

Нейральные природа vs. воспитание

Ученые исследовали, формируются ли специализированные области коры головного мозга (зрительная и моторная) из уникальных, запрограммированных стволовых клеток (природа) или из одинаковых клеток, которые развиваются под влиянием внешних сигналов (воспитание).

Группа Салли Темпл изучала отдельные нейральные стволовые клетки из передней (моторная кора) и задней (зрительная кора) частей эмбриональной коры головного мозга мыши в идентичных условиях in vitro.

Результат: Клетки вели себя по-разному. Передние стволовые клетки делились медленнее и образовывали меньшие клоны по сравнению с клетками из задней части. Это указывает на внутренние (природные) различия между клетками-предшественниками коры уже на ранних стадиях развития.

Отслеживание клеток в покадровой съемке

Открытие стало возможным благодаря набору биологических программ отслеживания (LEVER и CloneView), разработанных в лаборатории вычислительного анализа последовательностей изображений под руководством Эндрю Коэна.

• LEVER (Lineage Editing and Validation) автоматически обрабатывает десятки тысяч покадровых изображений, находит и помечает клетки в каждом кадре с точностью ~99%.
• CloneView анализирует движение и деление клеток, автоматически генерируя родословное дерево (линейное дерево) для каждой клетки.
• Человеческая проверка остается ключевой частью процесса для валидации деления клеток и корректировки ошибок (уровень ошибок ниже 2%).

Большие данные ведут к большому открытию

Анализ привел к созданию 160 индивидуальных покадровых видео, документирующих 5 дней жизни нейральных стволовых клеток (объем данных ~350 ГБ). Без такой автоматизированной обработки подобный масштабный анализ был бы невыполним.

Совместная работа и открытый доступ

Исследователи публикуют все данные по стволовым клеткам в файлах, доступных для просмотра онлайн через CloneView. Исходный код LEVER и CloneView также является открытым и бесплатным.

Это позволило командам из Нью-Йорка и Филадельфии работать совместно. Биоинформатический анализ движения, роста и размера клонов, проведенный коллегами Коэна, помог точно определить различия между передними и задними клетками.

Перспективы: Следующие применения LEVER и CloneView планируются для изучения раковых клеток и клеток иммунной системы.