Российские ученые усовершенствовали математический метод, с помощью которого можно описать геометрические параметры сложных природных объектов, например, узора сосудов, и применили его для оценки изменения цитоскелета стволовых клеток во время воздействия биологически активных веществ. Подход станет мощным инструментом для описания клеточных структур, являющихся ключевыми игроками в процессе регенерации тканей. Он поможет в решении как фундаментальных, так и прикладных научных задач. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале PloSOne.
Клеточная терапия — многообещающий метод, который позволяет лечить тяжелые травмы и разнообразные болезни, среди которых рак, диабет, рассеянный склероз и многие другие. Суть метода — в трансплантации стволовых клеток в организм человека, где они смогут способствовать регенерации утраченных или дефектных тканей. Однако лишь небольшая их часть достигает цели и остается в ней.
Проблема, в частности, в том, что после пересадки стволовые клетки не способны достигнуть поврежденного участка ткани или органа и остаться в нем, поэтому не обеспечивают оптимальную регенерацию. Один из подходов к улучшению их регенеративных свойств — повышение подвижности под воздействием особых веществ, способствующих перестройке цитоскелета, и таким образом «ускоряющих» передвижение клеток к поврежденному участку. В процессе выявления этих веществ необходимо отслеживать, насколько изменяется клеточный скелет, и желательно количественно описывать эти изменения.
«Мы поняли, что для более точной оценки реорганизации цитоскелета по микрофотографиям нам необходим количественный метод. Одним из таких подходов, который и ранее единично использовался клеточными биологами, является метод измерения фрактальной размерности Минковского. Мы модифицировали его, а затем успешно применили для оценки структуры фибриллярного актина — одной из основных структур, составляющих цитоскелет», — рассказывает младший научный сотрудник группы ионных механизмов клеточной сигнализации ИНЦ РАН Алла Ревитцер.
Исследователи Института цитологии РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого рассмотрели изображения меченого специфическим красителем актинового цитоскелета стволовых клеток как фрактальные структуры. Так называют сложные геометрические фигуры, обладающие свойством самоподобия в широком диапазоне масштабов. Цитоскелет клеток, равно как и многие другие природные объекты, обладает сложной и нерегулярной формой, плохо поддающейся численной оценке. Авторы предложили использовать метод измерения фрактальной размерности Минковского.
На изображение накладывается сетка с квадратными ячейками, подсчитывается количество занятых ячеек, потом сетка становится мельче, снова считаются заполненные ячейки — и так несколько раз. Далее в логарифмических координатах строят зависимость числа занятых ячеек от размера сетки и на основании этой зависимости вычисляют фрактальную размерность Минковского. Исследователи разработали доступную всем программу, которая рассчитывает фрактальную размерность Минковского для изображения актинового цитоскелета. Программа автоматически подбирает параметры позиции и размера ячеек, исходя из расположения и размера отмеченного красителем ядра клетки.
«Наш метод позволяет получить информацию об изменении структуры цитоскелета под действием различных факторов. При этом не требуется большого количества данных, на подготовку и обработку которых уходит много времени. Мы надеемся, что наша разработка будет интересна для клеточных биологов, изучающих цитоскелет стволовых клеток, применяемых в регенеративной медицине», — добавляет Алла Ревитцер.
Павел Процюк
Нет комментариев