Nowoczesna technologia badawcza o nazwie Moscot („Multi-Omics Single-Cell Optimal Transport”) otwiera nowe możliwości w zrozumieniu formowania się organów w organizmach żywych, takich jak trzustka. Dzięki tej innowacyjnej metodzie naukowcy są w stanie obserwować miliony komórek jednocześnie podczas ich rozwoju. To przełomowe narzędzie zostało opracowane przez międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem Helmholtz Munich, a wyniki prac opublikowano w prestiżowym czasopiśmie „Nature”.
Do tej pory biolodzy mieli ograniczony wgląd w sposób, w jaki komórki rozwijają się w swoim naturalnym środowisku – na przykład podczas tworzenia się narządów w embrionie. „Istniejące metody pozwalały jedynie na uchwycenie wycinkowych obrazów z kilku komórek lub były niezdolne do śledzenia dynamicznych procesów zachodzących w czasie i przestrzeni” – wyjaśnia Dominik Klein, współautor badania, doktorant w Instytucie Biologii Obliczeniowej w Helmholtz Munich oraz badacz z Politechniki Monachijskiej. Te ograniczenia znacząco utrudniały poznanie złożonych interakcji między komórkami, które są kluczowe podczas rozwoju organów i w procesach chorobowych.
Moscot: rewolucja w mapowaniu rozwoju komórek
Moscot, stworzony przez interdyscyplinarny zespół naukowców, wprowadza nową jakość do badań biologicznych. W jego opracowywaniu uczestniczyli badacze z różnych instytucji, m.in. Helmholtz Munich, ETH Zurich, Apple oraz Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Technologia ta opiera się na teorii transportu optymalnego, która powstała w XVIII wieku i pierwotnie służyła do analizy efektywnego przemieszczania obiektów. Teoria ta została przystosowana do potrzeb biologii i dzięki postępom w dziedzinie sztucznej inteligencji, stała się narzędziem zdolnym do analizowania ogromnych zbiorów danych biomedycznych.
„Dostosowaliśmy nasze modele matematyczne tak, aby dokładnie oddawały molekularne informacje oraz pozycję komórek w organizmie podczas ich rozwoju” – dodaje Klein. Po raz pierwszy możliwe jest jednoczesne obserwowanie milionów komórek z precyzją, która jeszcze niedawno wydawała się nieosiągalna. Moscot umożliwia mapowanie pojedynczych komórek w sposób wielowymiarowy, łącząc zmiany w ekspresji genów z decyzjami podejmowanymi przez komórki. Dzięki intuicyjnemu interfejsowi, technologia ta jest także dostępna dla biologów, którzy mogą jej używać bez konieczności zaawansowanego przeszkolenia z zakresu algorytmów.
Nowe możliwości w badaniach nad trzustką i cukrzycą
Zastosowanie technologii Moscot już przyniosło przełomowe odkrycia w badaniach nad trzustką. Naukowcy z powodzeniem stworzyli szczegółową mapę rozwoju komórek produkujących hormony w trzustce, wykorzystując wszechstronne pomiary molekularne. Te wnioski pozwalają na znacznie bardziej dogłębną analizę mechanizmów leżących u podstaw cukrzycy. „Nowy wgląd w procesy komórkowe otwiera drzwi do terapii ukierunkowanych na przyczyny chorób, zamiast jedynie leczenia ich symptomów” – twierdzi prof. Heiko Lickert, dyrektor Instytutu Badań nad Cukrzycą i Regeneracją w Helmholtz Munich.
Te przełomowe badania dają nadzieję na skuteczniejsze terapie, które w przyszłości mogą przyczynić się do zahamowania postępu cukrzycy, a może nawet zapobiegania tej chorobie. Dzięki technologii Moscot naukowcy mogą tworzyć nie tylko bardziej precyzyjne modele rozwoju narządów, ale również identyfikować miejsca, w których procesy biologiczne zostają zaburzone.
Przełom w badaniach medycznych
Prof. Fabian Theis, dyrektor Instytutu Biologii Obliczeniowej w Helmholtz Munich oraz profesor Politechniki Monachijskiej, podkreśla ogromne znaczenie, jakie Moscot ma dla badań biomedycznych: „Moscot zmienia sposób, w jaki rozumiemy dane biologiczne i jak je wykorzystujemy w praktyce. Pozwala nam nie tylko uchwycić dynamikę rozwoju komórek w niespotykanej dotąd szczegółowości, ale także przewidywać przebieg chorób, co jest kluczowe dla rozwoju spersonalizowanych terapii”.
Projekt Moscot to doskonały przykład tego, jak interdyscyplinarna współpraca może prowadzić do przełomowych osiągnięć. Matematyka i biologia, które wydają się dziedzinami odległymi od siebie, połączone w jednym projekcie, przyniosły spektakularny efekt. Dzięki pracy zespołu prof. Heiko Lickerta oraz wyników eksperymentów laboratoryjnych, udało się potwierdzić skuteczność tej nowej technologii i jej praktyczne zastosowanie.
Dzięki Moscot świat nauki stoi u progu jeszcze większych odkryć, które mogą zrewolucjonizować nasze podejście do medycyny i terapii. Technologia ta, będąc dowodem na potęgę współpracy naukowej i technologicznej, przynosi nadzieję na głębsze zrozumienie ludzkiego organizmu i chorób, które go dotykają.
