Понимание клеточного метаболизма — того, как клетка использует энергию — может стать ключом к лечению широкого спектра заболеваний, включая сосудистые заболевания и рак.
Хотя многие методы позволяют измерить эти процессы среди десятков тысяч клеток , исследователи не смогли измерить их на уровне отдельной клетки.
Исследователи из отдела молекулярной инженерии и биологических наук Притцкеровского университета Чикагского университета разработали комбинированный метод визуализации и машинного обучения, который впервые может измерять метаболический процесс как на клеточном, так и на субклеточном уровнях.
Используя генетически закодированный биосенсор в сочетании с искусственным интеллектом, исследователи смогли измерить гликолиз, процесс превращения глюкозы в энергию, отдельных эндотелиальных клеток , клеток, выстилающих кровеносные сосуды.
Они обнаружили, что, когда эти клетки движутся и сокращаются, они потребляют больше глюкозы, а также обнаружили, что клетки поглощают глюкозу через ранее неизвестный рецептор. Понимание этого процесса может привести к лучшему лечению рака и сосудистых заболеваний, включая COVID-19.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Metabolism , возглавил доц. Проф. Юнь Фанг и ассистент. Профессор Цзюнь Хуанг с бывшим докторантом, а теперь ассистентом. Профессор Дэвид Ву и аспирант по биофизическим наукам Девин Харрисон.
«Понимание клеточного метаболизма чрезвычайно важно», — сказал Хуанг. «Измеряя метаболизм одной клетки, у нас потенциально есть новый способ лечения широкого спектра заболеваний».
«Это первый раз, когда мы можем визуализировать клеточный метаболизм в различных временных и пространственных масштабах, даже на субклеточном уровне, что может коренным образом изменить язык и подход исследователей к изучению клеточного метаболизма», — сказал Фанг.
Измерение гликолиза
Эндотелиальные клетки обычно образуют плотный слой внутри кровеносных сосудов, но они могут сокращаться, оставляя промежутки в этом слое, когда им нужна помощь иммунной системы. Аномальное сокращение может вызвать протекание кровеносных сосудов, что приведет к сердечному приступу или инсульту. Такое сокращение кровеносных сосудов вокруг легких также может вызвать просачивание жидкости, что происходит в случае острого респираторного дистресс-синдрома. (Это часто происходит у пациентов с тяжелыми случаями COVID-19.)
Чтобы лучше понять, как клетки метаболизируют энергию, чтобы подпитывать это сокращение, исследователи обратились к датчикам передачи энергии резонанса Фёрстера — генетически закодированным биосенсорам, которые могут измерять количество лактата внутри клеток. Лактат — побочный продукт гликолиза.