Органоиды – это сложные 3D-структуры, включающие различные клетки определенного органа. В лаборатории редактирования генома Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова работают с респираторными органоидами: их используют для оценки эффективности таргетной терапии у пациентов с муковисцидозом, а также для разработки инновационной терапии этого заболевания на основе редактирования генома. Технология получения легочных органоидов является уникальной разработкой специалистов лаборатории. Источниками 3D-структур становятся клетки кожи пациентов с муковисцидозом: из них выделяют фибробласты, которые затем перепрограммируют в плюрипотентные стволовые клетки, и на следующем этапе получают легочные органоиды. Они заменяют образцы биопсии, необходимые для научных исследований, однако для работы с ними необходима точная оценка ряда характеристик.
До недавнего времени исследователи в ручном режиме анализировали полученные органоиды. Это был сложный и трудоемкий процесс, кроме того, каждый специалист основывался на субъективных суждениях.
Программа «OrganoMetric» с использованием нейросетей позволяет в автоматическом режиме сканировать серию светлопольных изображений органоидов, полученных методом покадровой (time-lapse) микроскопии, и определять их морфометрические характеристики, такие как площадь, диаметр и форма.
Мы получаем изображения органоидов на автоматизированном микроскопе, а затем просто загружаем их в нашу программу. Она сама склеивает отдельные снимки в одно полное изображение, находит на нём каждый органоид и рассчитывает его характеристики — размер, форму и другие параметры. Раньше на это уходили часы работы вручную, а теперь программа делает всё за считаные минуты, — отметила ведущий научный сотрудник лаборатории редактирования генома Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова, к.б.н. Анна Григорьевна Демченко.
Специалисты лаборатории редактирования генома МГНЦ проводят на органоидах тест, позволяющий оценить реакцию клеточных структур на лекарственные препараты. Положительная реакция зависит от работы хлорного канала в клетках: у пациентов с муковисцидозом он либо работает слабо, либо не сформирован вовсе. В процессе тестирования к органоидам сначала добавляют препараты, направленные на восстановление работы хлорного канала, а затем добавляют форсколин — вещество, которое открывает этот канал. Если органоиды изменяются в размере, набухают, значит, хлорный канал работает, и терапия покажет эффективность. В том случае, если органоиды не реагируют, лекарственные препараты не принесут эффекта.
Форсколиновый тест — наш главный инструмент проверки: работает хлорный канал или нет. Программа берёт на себя весь анализ этого теста. Мы применяем ее для решения двух задач — оцениваем, насколько эффективна разрабатываемая нами инновационная терапия муковисцидоза на легочных органоидах, а также отрабатываем методику подбора уже существующей таргетной терапии на назальных органоидах от пациентов с муковисцидозом, — рассказала Анна Григорьевна Демченко.
Программа обучена на изображениях органоидов респираторного тракта, однако ее можно применять для оценки 3D структур других органов.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования для ФГБНУ «МГНЦ» по теме «Повышение эффективности коррекции мутаций при наследственных заболеваниях методами геномного редактирования».
Источник: Минобрнауки России
