新系统可以帮助大脑“雪花”瀑样进行分类

文化脑瀑样的能力或“minibrains”使用干细胞拥有先进的神经科学,但努力并非没有挑战。瀑样都是不同的,比较难以实现。帮助研究人员克服这些局限性,麻省理工学院的神经科学家和工程师们已经开发出一种新的分类瀑样管道。

“童子军”“单细胞瀑样使用的技术和细胞结构分析,“可以提取过程在整个瀑样类似的功能,尽管他们的独特性——能力研究人员通过三个案例研究演示他们的新论文科学报告。的一个案例研究,例如,中断的团队报告新模式瀑样发展Zika病毒感染,提供新的见解为什么受感染的母亲所生婴儿表现出严重的神经赤字。

“当你处理自然组织可以细分他们使用标准组织阿特拉斯,所以很容易进行比较”研究位联席作者亚历山大·艾博年说,科学家在实验室的论文的资深作者,副教授Kwanghun涌。“但是当每个瀑样是一个雪花,都有自己的独特的特性组合,你怎么知道当你观察的变化是由于模型本身而不是生物你想回答的问题吗?我们感兴趣的切断系统的噪声进行量化比较。”

来源:麻省理工学院Picower研究所

艾博年共同研究与前麻省理工学院化学工程研究生贾斯汀Swaney。团队已经采取额外的步骤分享他们的软件和协议GitHub这样它就可以被自由地采用。钟说,通过分享他的许多实验室的组织处理,标签和分析创新,他希望加快生物医学的进步。

“我们正在开发所有这些技术能够更全面的理解复杂的生物系统,加快至关重要的发现和治疗策略的发展,”钟说,一名调查员Picower研究所学习和记忆和医学工程和科学研究所以及教员在化学工程和脑与认知科学。“传播这些技术一样重要发展中产生实际的影响。”

抽象的架构

几个钟的侦察员管道的实验室的技术组件。过程开始通过瀑样光学透明,这样他们可以与他们的3 d成像结构完整的——一个关键功能,钟说,研究整个瀑样的系统开发。童子军的下一步是注入与抗体清除瀑样标签强调针对特定蛋白质细胞身份和活动。瀑样清除和标记,钟的团队用纸张显微镜图像收集整个瀑样的全貌单细胞决议。总的来说,每个瀑样生产大约150 GB的数据进行自动分析侦察的软件,主要是由Swaney编码。

高通量过程允许许多瀑样处理,确保研究团队可以包括许多标本的实验。

团队选择其抗体品牌战略,艾博年说。与目标识别细胞的模式出现在瀑样开发,团队决定标签的蛋白质特定于早期神经元(TBR1)和径向神经胶质祖细胞(SOX2),因为他们的组织影响下游皮质的发展。球队球探注入了算法来准确地识别每一个不同的细胞在每个瀑样。

从那里,球探会开始识别常见的体系结构模式识别等地方类似细胞集群或地区更大的多样性,以及多近或远从心室不同的细胞群,或中空的空间。在发展中大脑和瀑样,细胞组织在心室然后放射状的迁移。借助基于人工智能的方法,童子军能够跟踪从每个心室向外模式不同的细胞群。团队使用系统,因此可以确定细胞中的异同配置,或细胞结构,在每个瀑样。

最终研究人员能够建立一套近300瀑样可以相比的特点,从单细胞到whole-tissue水平。钟说,在进一步分析和不同分子标签的选择可以开发更多的功能。值得注意的是,童子军的特征提取是公正的,因为它们的产品软件的分析,而不是注定的假设是什么“应该”有意义。

科学的比较

分析管道组,团队测试。在一个案例研究中,他们用它来辨别瀑样发展趋势,通过比较不同年龄的标本。童子军强调了几十个显著差异不仅在整体经济增长,但也改变比例的细胞类型,分层的差异,和其他组织架构的变化与成熟一致。

在另一个案例研究他们比较不同培养瀑样的方法。哈佛大学的合作者Paola Arlotta和西尔维亚•贝拉斯科已经开发出一种方法,根据RNA单细胞测序分析,产生更加一致的瀑样比其他协议。该团队使用侦察与传统生产的瀑样进行比较,评估其在组织范围内的一致性。他们发现“Velasco”瀑样显示改进的体系结构的一致性,但仍表现出一些差异。

Zika病毒的见解

第三个案例研究涉及Zika病毒不仅证明了侦察探测重大变化的工具,但也发现了罕见的事件。钟的组与病毒专家李耶尔克,赫尔曼L.F.冯亥姆霍兹教授ime,来确定Zika病毒感染改变瀑样开发。球探发现22个主要感染和未感染的瀑样之间的差异,包括一些之前没有记录。

“整体分析提供了一个(综合量化Zika-mediated病理学包括细胞的损失,减少心室和整体组织重组,”作者写道。“我们能够描述稀有细胞和区分的空间上下文类属特异性的细胞结构的差异。感染表型瀑样大小,减少心室SOX2和TBR1细胞增长和扩张。鉴于我们观察到SOX2细胞计数与多尺度组织特性,预计Zika-related损失的神经祖细胞在组织地形的复杂性和减少细胞模式。”

Chung表示他的实验室还与同事合作研究autism-like障碍了解更多关于如何发展可能有所不同。

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