跟踪与生物传感器条形码癌细胞之间的沟通

自从第一条码出现在1974年一包口香糖,现在无处不在的系统使得制造商、零售商和消费者快速、有效地识别、描述、定位和跟踪产品和材料。一篇论文中第一个网上公布的11月26日,2021年,在《华尔街日报》细胞,约翰霍普金斯医学和约翰霍普金斯大学的研究人员证明他们可以做同样的事情在分子水平上,研究肿瘤细胞的方式彼此“交谈”使用一种不同的条形码系统——一个由组合的模式和颜色,每组绑定到一个特定的生化活动的通信网络。

“当癌细胞沟通,许多蛋白质不断改变他们的相互作用,“高级研究报告的作者说黄Chuan-Hsiang(熊),医学博士博士。病理学教授助理约翰·霍普金斯大学医学院的。“深度和研究这个信号实时历来是困难的,所以我们需要一个方法,可以同时图像,跟踪和分析网络中发生的一切,因此,揭示了真正的这些活动之间的关系。”

基因编码的荧光生物传感器以前用于研究细胞蛋白质的功能,包括肿瘤细胞的信号活动,黄说。生物传感器是蛋白质片段标记荧光团——发光的荧光分子吸收特定波长的光能量,然后在更长的波长发光,每个颜色是与一个特定的细胞活动。使用荧光显微镜图像类型,位置和颜色强度表现出由这些传感器,研究人员可以精确地记录作用在不同细胞中蛋白质的地区。

“例如,特定颜色的强度的变化,其位置在细胞和一种颜色到另一个的比率揭示蛋白质被研究的活动水平,以及他们如何相互作用的时间,”黄说。

然而,黄说的有用性荧光生物传感器时有限的人员需要跟踪一个复杂的系统像癌症细胞通讯网络。他解释说,这是因为不同的生物传感器通常有非常相似的颜色和不能区分从一个另一个成像在一起。

“在过去,如果你想看几十跟踪活动不同的蛋白质的生物传感器信号网络,每个生物传感器必须反映在单独的实验,持续了几个小时,”研究报告的主要作者说Jr-Ming Yang博士研究员约翰·霍普金斯大学医学院的。“此外,了解通信网络的属性,这些实验必须重复。除了投资的时候,单独成像运行变化出现的可能性增加,因此很难确定活动的变化来自真正的效果。”

黄和他的同事们克服这些问题,将不同颜色的荧光蛋白和本地化模式创建“生物传感器条形码,”工具,可以同时识别和跟踪更多的生物传感器对各种蛋白质,包括那些推动癌症的形成。

“跟踪多个并行信号蛋白的活动,我们对不同的生物传感器与特定的条形码在单个细胞,然后混合使用延时显微图像他们,”黄说。“因为每个细胞都有一个不同的条形码,我们也可以使用这种方法来识别不同种群的细胞结构,调查他们如何相互沟通。”

黄说,图像分析与人工智能(AI)机器学习系统由研究的合著者卫浴Chi,医学博士,在他的实验室做博士后研究。

“人工智能的分析使我们能够在几秒钟内读取条形码,而不是小时,一个至关重要的一步看到不同蛋白质的活动同步随着时间的推移,“气说。

“利用生物传感器条形码,我们希望得到更多的洞察力和更全面的观点比以往的致癌基因(基因启动癌细胞的发展)影响肿瘤细胞之间的沟通,以及与其他网络使用的诸如免疫系统,”黄说。“这些发现可能有助于直接新干预措施和治疗方法。”

随着黄,杨和Chi,研究小组的成员来自约翰霍普金斯医学和约翰霍普金斯大学的杰西卡·梁,日本米酒Takayanagi和巴勃罗·伊格莱西亚斯。

参考:Jr-Ming杨J-M、气W-Y梁J, et al .破译细胞信号网络大规模多路复用生物传感器条码:细胞。2021年。doi:10.1016 / j.cell.2021.11.005

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