Forradalmi 3D-sejtanalízis Szegedről – közelebb a precíziós orvosláshoz

A lassú út a személyre szabott gyógyításhoz

Eddig is léteztek 3D-s szövetmodellek, az úgynevezett szferoidok, és létezett a light-sheet mikroszkópia is, amellyel rétegről rétegre láthatóvá tehetők ezek a miniatűr emberi minták.

Csakhogy ezek a vizsgálatok rendkívül időigényesek voltak: egyetlen gyógyszer elemzése rengeteg mikroszkópos képet és hosszas kiértékelést igényelt.

„A személyre szabott orvoslás régóta ígéretes irány, de a valóságban sokszor beleütközünk a technikai korlátokba. Eddig kevés mintát tudtunk csak egyesével vizsgálni, ami nemcsak lassú, hanem sokszor gazdaságosan sem kivitelezhető” – magyarázza Dr. Horváth Péter, a HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biokémiai Intézetének igazgatója és a csoport vezetője.

A Nature Communications-ben megjelent tanulmány szerint a HCS-3DX új korszakot nyithat a háromdimenziós sejtvizsgálatokban, mert először teszi lehetővé a sejtek térbeli viselkedésének kvantitatív, egysejt-szintű elemzését, ami kulcsfontosságú a gyógyszerek hatásmechanizmusainak megértésében.

Tömeges mintavizsgálat és AI egy tenyérnyi lemezen

A szegedi kutatócsoport a Nature Communications hasábjain publikálta azt az új eljárást, amellyel mesterséges intelligencia segítségével automatizálták a 3D sejtminták vizsgálatát, így drasztikusan csökkentve a képelemzéshez szükséges emberi munkaidőt.

Az újonnan fejlesztett mintatartó lemez kapacitása folyamatosan növekszik, de már jelenleg is akár száz szferoid párhuzamos elemzését teszi lehetővé egyetlen mikroszkóp alatt.

A rendszer működése során a mikroszkópos képeket AI-algoritmus értékelik ki automatikusan. „A kutatás célja kezdettől fogva egy egységes platform létrehozása volt, amely a piacon elérhető technológiák erősségeit továbbfejleszti és egy rendszerben ötvözi, miközben bárki számára egyszerűen bevezethető marad” – mondja Diósdi Ákos, a tanulmány első szerzője.

Az új rendszer kulcseleme a SpheroidPicker, egy mesterséges intelligenciával vezérelt mikromanipulátor, amely a minták kiválasztását és mozgatását is automatizálja.

„A 3D-oidok kézi válogatása és elemzése korábban rendkívül időigényes és változékony volt. A SpheroidPicker mesterséges intelligencia segítségével automatizálja ezt a folyamatot, így a minták kiválasztása és elemzése mostantól precíz, gyors és reprodukálható” – teszi hozzá Diósdi.

A Nature Communications-ben megjelent publikáció szerint a HCS-3DX integrált módon fogja össze a 3D-s sejtkultúrák vizsgálatának minden lépését – az automatizált mintakezeléstől a light-sheet mikroszkópos képalkotáson át az egysejt-analízisig.

A kutatók azt is kimutatták, hogy az új mintatartó kétszer gyorsabb szkennelést biztosít, mint a hagyományos agarózos eljárások, miközben a képminőség változatlanul kiváló marad.

„Ez a gyorsaság és megbízhatóság teszi lehetővé, hogy a HCS-3DX ipari léptékben is bevethető legyen” – összegzi Diósdi Ákos.

Nemzetközi együttműködésben fejlesztve

A HCS-3DX fejlesztése nemzetközi együttműködésben valósult meg.

A szegedi kutatók partnerei között volt Filippo Piccinini és Francesco Pampaloni, valamint kutatók az Institute of AI for Health, Helmholtz Zentrum München (Németország) és az Institute for Molecular Medicine Finland, University of Helsinki (Finnország) intézményekből.

„Az új rendszer nem csupán egy mérnöki fejlesztés: a HCS-3DX a sejtvizsgálatok teljes folyamatát újraszabályozza egyesítve az automatizálást, a mesterséges intelligenciát és a nagyfelbontású képalkotást” – fogalmaz Dr. Horváth Péter.

Szegedről a személyre szabott gyógyítás jövőjébe

A fejlesztés nemcsak laboratóriumi siker: a kutatók célja, hogy a módszer mielőbb valós klinikai és ipari környezetben is hasznosuljon.

Az új mintatartó már most összehangolható a gyógyszerkutatásban használt automatizált rendszerekkel, így beilleszthető a meglévő gyógyszertesztelési folyamatokba is.

„A célunk, hogy minden páciens mintájából egyfajta miniatűr modell szülessen, amelyen gyorsan meg tudjuk mondani, melyik kezelés működik nála legjobban” – mondja Horváth Péter.

A kutatók szerint a HCS-3DX nemcsak új technológiai megoldás, hanem egy olyan szemléletváltás kezdete is, amely a sejtvizsgálatok és a személyre szabott orvoslás határait egyre inkább összemossa.

A fejlesztés hosszú távú célja, hogy az így nyert adatok közvetlenül beépülhessenek a klinikai döntéshozatalba, lerövidítve az utat a kutatólabor és a betegágy között.

„A platform pontosabbá és hatékonyabbá teszi a gyógyszerszűrést, és közelebb visz ahhoz, hogy a terápiás döntések valóban az egyéni sejtválaszok alapján szülessenek.

Ha minden pácienshez külön 3D-s modell társítható, azzal a személyre szabott orvoslás végre nemcsak vízió, hanem napi gyakorlat lehet” – teszi hozzá Diósdi Ákos, a tanulmány első szerzője.

A módszert már tesztelik a Heidelbergi Gyermekklinikával együttműködésben agydaganatos gyermekek mintáin. Az első eredmények biztatóak.