Российские ученые усовершенствовали математический метод, позволяющий описывать геометрические параметры сложных природных объектов, и применили его для оценки изменения цитоскелета стволовых клеток во время движения. Подход может стать перспективным инструментом для описания миграции клеток, лежащей в основе регенерации тканей. Статья опубликована в журнале PloS One.
Клеточная терапия — многообещающий метод, который позволяет лечить тяжелые травмы и разнообразные болезни. Он заключается в трансплантации стволовых клеток в организм человека для замены утраченных или дефектных тканей. Однако лишь небольшая их часть достигает цели из-за недостаточной подвижности. Ученые по всему миру стремятся повысить подвижность клеток при помощи препаратов, способствующих перестройке цитоскелета. В процессе разработки этих веществ необходимо отслеживать, насколько эффективно происходят изменения свойств клеточного скелета, и уметь правильно их описать.
«Мы поняли, что для более точной оценки реорганизации клеточного цитоскелета по микроскопическим снимкам нам необходим количественный метод. Одним из таких подходов, который и ранее единично использовался клеточными биологами, является метод измерения фрактальной размерности Минковского. Мы модифицировали и улучшили его, а затем успешно применили для оценки структур F-актина — одного из основных белков, составляющих цитоскелет», — рассказывает соавтор исследования Алла Ревитцер.
Исследователи Института цитологии РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого рассмотрели изображения меченого красителем актинового цитоскелета стволовых клеток как фракталы — сложные геометрические узоры, обладающие самоподобием. Однако 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, который подходит для ситуаций, когда нужно оценить, какое пространство занимает тот или иной объект. Сначала изображение накладывается на сетку и подсчитывается количество занятых им ячеек. Потом сетка становится мельче и снова считаются заполненные ячейки. И так до тех пор, пока не будет достигнута желаемая точность. Затем проводят математические расчеты, которые дают значение размерности — физической величины, описывающей геометрические параметры объекта. Исследователи разработали доступную программу, которая считает фрактальную размерность Минковского для актинового цитоскелета. При этом она автоматически подбирает параметры исходя из того, как расположено ядро клетки и каков его размер.
Метод позволяет получить информацию об изменении структуры цитоскелета под действием различных факторов, не требуя большого количества данных, на подготовку и обработку которых уходит много времени. Ученые надеются, что их разработка будет полезна для клеточных биологов, например для тех, кто изучает цитоскелеты стволовых клеток, применяемых в регенеративной медицине.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
