ადრეული განვითარების ეტაპზე, ქსოვილები და ორგანოები იწყებენ ფორმირებას ათასობით უჯრედის გადაადგილების, გაყოფისა და ზრდის შედეგად. MIT-ის ინჟინრების გუნდმა შეიმუშავა მეთოდი, რომელიც წუთობრივად წინასწარმეტყველებს, თუ როგორ მოხდება ცალკეული უჯრედების დაკეცვა, გაყოფა და გადალაგება ხილის ბუზის განვითარების ყველაზე ადრეულ ეტაპზე. ეს ახალი მეთოდი შესაძლოა ერთ დღეს გამოყენებულ იქნას უფრო რთული ქსოვილების, ორგანოებისა და ორგანიზმების განვითარების პროგნოზირებისთვის. მას ასევე შეუძლია მეცნიერებს დაეხმაროს უჯრედული ნიმუშების იდენტიფიცირებაში, რომლებიც შეესაბამება ადრეულ დაავადებებს, როგორიცაა ასთმა და კიბო. დღეს ჟურნალ Nature Methods-ში გამოქვეყნებულ კვლევაში, გუნდი წარმოადგენს ღრმა სწავლის ახალ მოდელს, რომელიც სწავლობს და შემდეგ პროგნოზირებს, თუ როგორ შეიცვლება ცალკეული უჯრედების გარკვეული გეომეტრიული თვისებები ხილის ბუზის განვითარებასთან ერთად. მოდელი აღრიცხავს და აკონტროლებს ისეთ თვისებებს, როგორიცაა უჯრედის პოზიცია და ეხება თუ არა ის მეზობელ უჯრედს მოცემულ მომენტში. გუნდმა მოდელი გამოიყენა განვითარებადი ხილის ბუზის ემბრიონების ვიდეოებზე, რომელთაგან თითოეული დაახლოებით 5000 უჯრედის მტევნით იწყება. მათ აღმოაჩინეს, რომ მოდელს შეეძლო 90 პროცენტიანი სიზუსტით ეწინასწარმეტყველა, თუ როგორ მოხდებოდა 5000 უჯრედიდან თითოეულის დაკეცვა, გადაადგილება და გადალაგება, წუთობრივად, განვითარების პირველი საათის განმავლობაში, როდესაც ემბრიონი გლუვი, ერთგვაროვანი ფორმიდან უფრო განსაზღვრულ სტრუქტურებად და მახასიათებლებად გარდაიქმნებოდა. „ეს საწყისი ფაზა ცნობილია როგორც გასტრულაცია, რომელიც დაახლოებით ერთ საათს გრძელდება, როდესაც ცალკეული უჯრედები გადალაგდებიან წუთების დროის შკალაზე“, — ამბობს კვლევის ავტორი მინგ გუო, MIT-ის მექანიკური ინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი. „ამ ადრეული პერიოდის ზუსტი მოდელირებით, ჩვენ შეგვიძლია დავიწყოთ იმის გარკვევა, თუ როგორ იწვევს ადგილობრივი უჯრედული ურთიერთქმედებები გლობალური ქსოვილებისა და ორგანიზმების წარმოქმნას.“ მკვლევრები იმედოვნებენ, რომ მოდელს გამოიყენებენ სხვა სახეობებში, მაგალითად, ზებრა თევზებსა და თაგვებში უჯრედ-უჯრედოვანი განვითარების პროგნოზირებისთვის. შემდეგ, მათ შეეძლებათ დაიწყონ იმ ნიმუშების იდენტიფიცირება, რომლებიც საერთოა სახეობებს შორის. გუნდი ასევე ვარაუდობს, რომ მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადების ადრეული ნიმუშების, მაგალითად, ასთმის გამოსავლენად. ასთმით დაავადებული ადამიანების ფილტვის ქსოვილი საგრძნობლად განსხვავდება ჯანმრთელი ფილტვის ქსოვილისგან. როგორ ვითარდება ასთმისკენ მიდრეკილი ქსოვილი თავდაპირველად, უცნობი პროცესია, რომლის გამოვლენაც გუნდის ახალ მეთოდს შეუძლია. „ასთმური ქსოვილები ცოცხალი გამოსახულების დროს განსხვავებულ უჯრედულ დინამიკას აჩვენებენ“, — ამბობს თანაავტორი და MIT-ის კურსდამთავრებული ჰაიციან 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 ანალიზები.“ კვლევის თანაავტორები არიან მარკუს ბიულერი, McAfee-ის საინჟინრო პროფესორი MIT-ის სამოქალაქო და გარემოსდაცვითი ინჟინერიის დეპარტამენტიდან; 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 „წერტილების ღრუბელი“, სადაც თითოეული წერტილი წარმოადგენს ცალკეულ უჯრედს, რომელიც დროთა განმავლობაში მოძრაობს; ან როგორც „ქაფი“, რომელიც ცალკეულ უჯრედებს წარმოადგენს ბუშტებად, რომლებიც ერთმანეთთან გადაადგილდებიან და სრიალებენ, საპარსი ქაფის ბუშტების მსგავსად. ამ ორ მიდგომას შორის არჩევანის ნაცვლად, გუომ და იანგმა ორივე მიიღეს. „არსებობს დებატები იმის შესახებ, მოდელირებული უნდა იყოს თუ არა „წერტილების ღრუბლის“ ან „ქაფის“ სახით“, — ამბობს იანგი. „მაგრამ ორივე არსებითად ერთი და იგივე ფუძემდებლური გრაფის მოდელირების განსხვავებული გზებია, რაც ცოცხალი ქსოვილების წარმოსადგენად ელეგანტური ხერხია. მათი ერთ გრაფად გაერთიანებით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვავლინოთ მეტი სტრუქტურული ინფორმაცია, მაგალითად, როგორ უკავშირდებიან უჯრედები ერთმანეთს დროთა განმავლობაში მათი გადალაგებისას.“ ახალი მოდელის გულში დევს „ორმაგი გრაფის“ სტრუქტურა, რომელიც განვითარებად ემბრიონს წარმოადგენს როგორც მოძრავი წერტილების, ისე ბუშტების სახით. ამ ორმაგი წარმოდგენის საშუალებით, მკვლევრებს იმედი ჰქონდათ, რომ აღბეჭდავდნენ ცალკეული უჯრედების უფრო დეტალურ გეომეტრიულ თვისებებს, როგორიცაა უჯრედის ბირთვის მდებარეობა, ეხება თუ არა უჯრედი მეზობელ უჯრედს და იკეცება თუ იყოფა ის დროის მოცემულ მომენტში. პრინციპის დასტურად, გუნდმა ავარჯიშა ახალი მოდელი, რათა „ესწავლა“, თუ როგორ იცვლება ცალკეული უჯრედები დროთა განმავლობაში ხილის ბუზის გასტრულაციის დროს. „ამ ეტაპზე ხილის ბუზის საერთო ფორმა დაახლოებით ელიფსოიდურია, მაგრამ გასტრულაციის დროს ზედაპირზე უზარმაზარი დინამიკა მიმდინარეობს“, — ამბობს გუო. „ის სრულად გლუვიდან სხვადასხვა კუთხით მრავალი ნაოჭის წარმოქმნამდე მიდის. და ჩვენ გვინდა ვიწინასწარმეტყველოთ ყველა ეს დინამიკა, მომენტიდან მომენტში, და უჯრედის...