შემოთავაზებები ან უკუკავშირი? MIT News-ის ოფისის ვებგვერდზე გადმოსაწერად ხელმისაწვდომი სურათები არაკომერციული ორგანიზაციებისთვის, პრესისთვის და ფართო საზოგადოებისთვის გათვალისწინებულია Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives ლიცენზიით. მოწოდებული სურათების შეცვლა დაუშვებელია, გარდა მათი ზომაზე მოჭრისა. სურათების რეპროდუცირებისას უნდა იქნას გამოყენებული წყაროს მითითება; თუ ქვემოთ არ არის მითითებული, სურათების ავტორად მიუთითეთ „MIT“. წინა სურათი შემდეგი სურათი ადრეული განვითარებისას, ქსოვილები და ორგანოები იწყებენ ფორმირებას ათასობით უჯრედის გადაადგილების, გაყოფისა და ზრდის შედეგად. MIT-ის ინჟინერთა გუნდმა შეიმუშავა მეთოდი, რომელიც წუთობრივად წინასწარმეტყველებს, თუ როგორ მოხდება ცალკეული უჯრედების დაკეცვა, გაყოფა და გადაწყობა ხილის ბუზის ზრდის ყველაზე ადრეულ ეტაპზე. ეს ახალი მეთოდი, შესაძლოა, ერთ დღეს გამოყენებულ იქნას უფრო რთული ქსოვილების, ორგანოებისა და ორგანიზმების განვითარების პროგნოზირებისთვის. მას ასევე შეუძლია მეცნიერებს დაეხმაროს უჯრედების იმ ნიმუშების იდენტიფიცირებაში, რომლებიც შეესაბამება ადრეულ ეტაპზე განვითარებულ დაავადებებს, როგორიცაა ასთმა და კიბო. Nature Methods-ის ჟურნალში დღეს გამოქვეყნებულ კვლევაში, გუნდი წარმოადგენს ღრმა სწავლის ახალ მოდელს, რომელიც სწავლობს და შემდეგ წინასწარმეტყველებს, თუ როგორ შეიცვლება ცალკეული უჯრედების გარკვეული გეომეტრიული თვისებები ხილის ბუზის განვითარებისას. მოდელი აღრიცხავს და აკონტროლებს ისეთ თვისებებს, როგორიცაა უჯრედის პოზიცია და არის თუ არა ის კონტაქტში მეზობელ უჯრედთან მოცემულ მომენტში. გუნდმა მოდელი გამოიყენა ხილის ბუზის განვითარებადი ემბრიონების ვიდეოებზე, რომელთაგან თითოეული დაახლოებით 5000 უჯრედის გროვად იწყება. მათ აღმოაჩინეს, რომ მოდელს შეეძლო 90 პროცენტიანი სიზუსტით ეწინასწარმეტყველა, თუ როგორ მოხდებოდა თითოეული 5000 უჯრედის დაკეცვა, გადაადგილება და გადაწყობა წუთობრივად, განვითარების პირველი საათის განმავლობაში, სანამ ემბრიონი გლუვი, ერთგვაროვანი ფორმიდან უფრო განსაზღვრულ სტრუქტურებად და მახასიათებლებად გარდაიქმნებოდა. „ეს საწყისი ფაზა ცნობილია როგორც გასტრულაცია, რომელიც დაახლოებით ერთ საათს გრძელდება, როდესაც ცალკეული უჯრედები წუთების მასშტაბით გადაეწყობა“, - ამბობს კვლევის ავტორი მინ გუო, MIT-ის მექანიკური ინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი. „ამ ადრეული პერიოდის ზუსტი მოდელირებით, ჩვენ შეგვიძლია დავიწყოთ იმის გარკვევა, თუ როგორ წარმოქმნის ლოკალური უჯრედული ურთიერთქმედება გლობალურ ქსოვილებსა და ორგანიზმებს.“ მკვლევარები იმედოვნებენ, რომ მოდელს გამოიყენებენ სხვა სახეობებში უჯრედების განვითარების პროგნოზირებისთვის, როგორიცაა ზებრა თევზი და თაგვები. შემდეგ, მათ შეუძლიათ დაიწყონ იმ ნიმუშების იდენტიფიცირება, რომლებიც საერთოა სახეობებში. გუნდი ასევე ვარაუდობს, რომ მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადების ადრეული ნიმუშების გამოსავლენად, მაგალითად, ასთმის შემთხვევაში. ასთმით დაავადებული ადამიანების ფილტვის ქსოვილი საგრძნობლად განსხვავდება ჯანსაღი ფილტვის ქსოვილისგან. როგორ ვითარდება ასთმისკენ მიდრეკილი ქსოვილი თავდაპირველად, უცნობი პროცესია, რომელიც გუნდის ახალ მეთოდს პოტენციურად შეუძლია გამოავლინოს. „ასთმური ქსოვილები ცოცხლად გადაღებისას განსხვავებულ უჯრედულ დინამიკას აჩვენებს“, - ამბობს თანაავტორი და MIT-ის ასპირანტი ჰაიქიან იანგი. „ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ჩვენს მოდელს შეუძლია აღმოაჩინოს ეს დახვეწილი დინამიკური განსხვავებები და უზრუნველყოს ქსოვილის ქცევის უფრო ყოვლისმომცველი წარმოდგენა, პოტენციურად გააუმჯობესოს დიაგნოსტიკა ან წამლების სკრინინგის ანალიზი.“ კვლევის თანაავტორები არიან: მარკუს ბიულერი, MIT-ის სამოქალაქო და გარემოს ინჟინერიის დეპარტამენტის McAfee-ის საინჟინრო პროფესორი; ჯორჯ როი და ტომერ სტერნი მიჩიგანის უნივერსიტეტიდან; და ან ნგუენი და დაპენგ ბი ჩრდილო-აღმოსავლეთის უნივერსიტეტიდან. წერტილები და ქაფები მეცნიერები, როგორც წესი, ემბრიონის განვითარებას ორი გზით მოდელირებენ: როგორც წერტილოვანი ღრუბელი, სადაც თითოეული წერტილი წარმოადგენს ცალკეულ უჯრედს, რომელიც დროთა განმავლობაში მოძრაობს; ან როგორც „ქაფი“, რომელიც წარმოადგენს ცალკეულ უჯრედებს ბუშტუკების სახით, რომლებიც ერთმანეთს ეხებიან და სრიალებენ, საპარსი ქაფის ბუშტუკების მსგავსად. ამ ორ მიდგომას შორის არჩევანის ნაცვლად, გუომ და იანგმა ორივე მიიღეს. „არსებობს დებატები იმის შესახებ, მოდელირებული უნდა იყოს თუ არა წერტილოვანი ღრუბლის ან ქაფის სახით“, - ამბობს იანგი. „მაგრამ ორივე არსებითად ერთი და იგივე ძირითადი გრაფიკის მოდელირების სხვადასხვა გზაა, რაც ცოცხალი ქსოვილების წარმოდგენის ელეგანტური ხერხია. მათი, როგორც ერთი გრაფიკის, გაერთიანებით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ მეტი სტრუქტურული ინფორმაცია, მაგალითად, როგორ უკავშირდებიან უჯრედები ერთმანეთს დროთა განმავლობაში მათი გადაწყობისას.“ ახალი მოდელის გულში დგას „ორმაგი გრაფიკის“ სტრუქტურა, რომელიც განვითარებად ემბრიონს წარმოადგენს როგორც მოძრავ წერტილებს, ასევე ბუშტუკებს. ამ ორმაგი წარმოდგენის საშუალებით, მკვლევარები იმედოვნებდნენ, რომ აღწერდნენ ცალკეული უჯრედების უფრო დეტალურ გეომეტრიულ თვისებებს, როგორიცაა უჯრედის ბირთვის მდებარეობა, არის თუ არა უჯრედი კონტაქტში მეზობელ უჯრედთან და იკეცება თუ იყოფა ის მოცემულ მომენტში. პრინციპის დასამტკიცებლად, გუნდმა ახალი მოდელი გაავარჯიშა, რათა „ესწავლა“, თუ როგორ იცვლება ცალკეული უჯრედები დროთა განმავლობაში ხილის ბუზის გასტრულაციის დროს. „ხილის ბუზის საერთო ფორმა ამ ეტაპზე დაახლოებით ელიფსოიდია, მაგრამ გასტრულაციის დროს ზედაპირზე უზარმაზარი დინამიკა მიმდინარეობს“, - ამბობს გუო. „ის სრულიად გლუვიდან გადადის სხვადასხვა კუთხით ნაოჭების წარმოქმნაზე. და ჩვენ გვინდა, რომ ვიწინასწარმეტყველოთ ყველა ეს დინამიკა, მომენტიდან მომენტში, და უჯრედის