UWM-Ingenieur erstellt software-Programm, das Ergebnis sieht vor Stammzelle sich teilt


Einzigartiges Programm analysiert Zeitraffer-Bilder zu identifizieren, die Veränderungen in der Zelle Verhalten

Ein software-Programm, erstellt von einem Ingenieur an der University of Wisconsin-Milwaukee (UWM) können nicht nur vorherzusagen, welche Arten von spezialisierten Zellen Stammzellen zu produzieren, sondern auch vorherzusehen, das Ergebnis, bevor Sie den Vorbau Zelle selbst teilt.

Die software, entwickelt von Andrew Cohen, assistant professor of electrical engineering, analysiert den Zeitraffer-Bildern die Aufnahme von live-Stammzellen Verhalten. Es ermöglicht es den Wissenschaftlern die Suche nach den Mechanismen, die Steuern, Stammzellen-Spezialisierung, das Haupthindernis bei der Weiterentwicklung der Gebrauch von Stammzellentherapie für Behandlung der Krankheit. Es könnte auch dazu führen, dass neue Forschung in die Ursachen von Krebs, die beinhaltet Zellen, die sich kontinuierlich selbst erneuern.

Stammzellen spielen eine wichtige Rolle in der menschlichen Entwicklung, und bieten auch das Potenzial, zu reparieren Gewebe oder Organe beschädigt werden durch Krankheit oder Verletzung. Aber, um Stammzell-basierte Therapien, Biologen brauchen, um besser zu verstehen, die Mechanismen für die Kontrolle der Differenzierung der Stammzellen.

„Dies ist eine Marke neue Reihe von tools für entwicklungsbiologen,“ sagt Cohen, „und es unterstützt ein Gebiet, wo keine andere vorausschauende Lösungen existieren.“

Die Forschung, veröffentlicht Feb. 7 in der Zeitschrift Nature Methods. Co-Autoren sind Michel Cayouette und Francisco Gomez Neurobiologen am Institut de recherches cliniques de Montreal, und Badri Roysam, ein informatik-professor am Rensselaer Polytechnic Institute.

Die software ist 87 Prozent genau bei der Bestimmung der spezifischen „Nachwuchs“ eine Stammzelle wird schließlich produzieren, und 99 Prozent genau in der Vorhersage, wenn die selbst-Erneuerung dieser Stammzellen, die am Ende in die Spezialisierung.

Eine Jagd für Marker

Als ein Beispiel des software-Dienstprogramm, Cohen zitiert von Stammzellen zur Behandlung der Augenkrankheit Makuladegeneration. Die Stammzellen brauchen, um mehr zu produzieren, lichtempfänger Neuronen für die Behandlung erfolgreich zu sein. „Aber wenn Sie einfach zu implantieren Stammzellen in der Netzhaut, gibt es andere Arten von Zellen, die sich entwickeln könnten“, sagt er, „und das könnte möglicherweise das Sehvermögen schlechter.“

Die Suche nach einer Lösung wurde durch die Tatsache erschwert, dass es sehr wenige Marker, die Vorhersagen der Zellteilung Ergebnisse.

Subtile Verhaltensweisen, die Sie charakterisieren Populationen von Stammzellen mit unterschiedlicher Schicksale sind schwer oder unmöglich machen für den menschlichen Beobachter zu erkennen. Cohen-tool, läuft auf einem standard-PC, ist in der Lage zu verfolgen und generieren von Prognosen für bis zu 40 Zellen in Echtzeit. Es übertrifft das menschliche Auge bei der Aufdeckung von unterschieden in, wie die Zellen im Laufe der Zeit ändern.

Aktuelle Methoden der Beobachtung von lebenden Zellen produzieren Terabyte Daten, ein Volumen, das erfordert große Mengen von Berechnung zu finden, die die meisten relevanten Informationen. Ein neues computer-cluster in GEAS war erworben für gerade diese Art von Forschung. Zum verwalten der prädiktive Aspekte des Programms, Cohen verwendet eine einmalig sensible mathematische Ansatz basiert auf der algorithmischen Informationstheorie.

Antworten in der DNA

Wissenschaftler wissen wenig über die Programmierung von Stammzellen und die Ergebnisse der Ausnahme, dass es ist ein vielschichtiger Prozess.

„In vielen Fällen, Stammzellen nehmen Sie Ihre Entwicklungs-Hinweise aus Ihrer Umgebung“, sagt Cohen. „Ein Teil der Programmierung Mechanismus wird bestimmt durch die umgebenden Zellen. Aber sobald diese Zellen beginnen sich zu entwickeln in einer bestimmten Weise, Ihre Nachkommen weiter unten, dass der Weg, auch wenn die Umgebung sich ändert. Irgendwann hat Sie programmiert wurden, zu Ihrem Schicksal.“

Die Forscher eine software entwickelt, die verwendet werden für die Isolierung der Gene und Proteine, die Steuern, die Spezialisierungen, die könnte es den Forschern erlauben, zu identifizieren und letztlich zu manipulieren, diese Mechanismen programmiert.

Brian Link, ist entwicklungsbiologe an der Medical College of Wisconsin, der mit Cohen, aber ist nicht ein Autor, auf den Natur-Methoden-Papier. Die beiden werden setzen die software zum test zur Untersuchung von Verhalten von Organellen innerhalb der Zelle als Anzeiger des stem cell fate.

„Die Methode ist nicht perfekt“, sagt Link. „Es sagt uns nicht, über den Einfluss der Verhaltensweisen. Es sagt uns, dass ein bestimmtes Verhalten wichtig ist, aber Sie sagt uns nicht, wie.“

Trotzdem, das tool hat sich bereits bewährt, sagt er. In einer Studie von Stamm-Zellen aus der Netzhaut von Ratten, Cohen ‚ s software unabhängig bestätigt die Bedeutung von mindestens einem der Zelle-Verhalten, Link-lab hatte zuvor identifiziert und mit Hilfe einer gen-manipulation-Technik.

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