Nový 3-D vizualizační nástroj by mohl umožnit cílené podávání léků pro cystickou fibrózu a další stavy

The enchanting music of sign language | Christine Sun Kim (Smět 2019).

Anonim

Výzkumníci z univerzity v Kalifornii vyvinuli první 3D prostorový vizualizační nástroj pro mapování dat "omics" na celé orgány. Tento nástroj pomáhá vědcům a lékařům porozumět účinkům chemických látek, jako jsou mikrobiální metabolity a léky, na chorobný orgán v kontextu mikrobů, které také obývají tento region. Práce by mohla vést k cílenému podání léků pro cystickou fibrózu a další stavy, kdy léky nemohou proniknout.

Tým vedený Dr. Pieterem Dorresteinem, profesorem na Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences na Kalifornské univerzitě v San Diegu a vedoucím členem týmu v UC San Diego Center for Microbiome Innovation publikoval studii 19. října v Cell Host & Microbe.

Každý kout a úsek lidského orgánu má svůj vlastní mikrobiom - mikroorganismy a jejich geny, které jsou přítomny v určitém prostředí. Anatomie orgánu a jeho prostředí (teplota, pH, dostupnost živin apod.) Určují, které mikroorganismy jsou přítomny. Na druhé straně mikroorganismy reagují a ovlivňují přítomnost terapeutik.

"Naše chápání prostorových změn chemického a mikrobiálního složení lidského orgánu zůstává omezené, " řekl Dorrestein. "To je částečně způsobeno velikostí a variabilitou lidských orgánů a pouhým množstvím údajů, které dostáváme z metabolomických a genomických studií."

Pro řešení této výzvy vyvinul Dorresteinův tým otevřený pracovní postup pro mapování metabolomických a mikrobiálních dat na 3D rekonstrukci orgánů postavenou z radiologických obrazů.

Za prvé, výzkumníci získali plíce od pacienta postiženého cystickou fibrózou a rozdělili ji. Analyzovali vzorky pro přítomnost bakterií, jejich metabolitů a faktorů virulence (molekuly, které zvyšují bakteriální účinnost a umožňují jim kolonizovat výklenky v hostiteli), a všechny léky, které jsou pacientovi podávány během léčby.

Dále se v Dorresteinově laboratoři stala doktorka Neha Gargová, postgraduální studium v ​​Dorresteinově laboratoři a Mingxun Wang, absolventka laboratoře UC San Diego Nuno Bandeira, PhD, změnila existující rozšíření Google Chrome nazvanou "ili", aby vizualizovala mikrobiomy a distribuce metabolomů na celý orgán.

"Aplikace umožňuje uživateli mapovat data na 2D nebo 3D ploše, takže jsme změnili kód, abychom mohli mapovat data o hojnosti nejen na povrchy, ale také v rámci modelu, " řekl Garg, který je nyní asistent profesorem v Georgia Tech.

Aby bylo možné vizualizovat prostorovou lokalizaci bakterií a molekul, tým získal CT snímku lidských plic a zpracoval je, aby vytvořili 3D model.

S údaji "omics" z plic cévní fibrózy, které byly umístěny na 3D plicích v modifikované verzi "ili", byli vědci schopni provést důležité pozorování.

"Bylo by zřejmé, že jedna z antibiotik, která byla pacientovi podána před sběrem tkáně, nepronikla do dna plic - fenomén, který nebyl pozorován dříve, " řekl Garg. "To souvisí s vyšším počtem Achromobacter pathogenu asociovaného s cystickou fibrózou, takže různé léky mohou pronikat různými penicemi do plic, což omezuje vystavení účinným dávkám." Náš nástroj umožňuje výzkumníkům a klinikům vizualizovat tento významný klinický zájem v rámci lidského orgánu. To má důsledky pro léčbu CF a dalších onemocnění. "

Výzkumníci vytvořili otevřené mapy 16 379 molekul a 56 mikrobů, které budou nyní sloužit jako zdroj pro vědce, kteří zkoumají cystickou fibrózu a jiná onemocnění spojená s plícemi.

"Jelikož budoucí studie rozvíjejí více o mikrobiomech a metabolomech, jejich prostorová vizualizace poskytne prostředky k odvození jejich biologického významu, " řekl Dorrestein. "Kromě toho lze rozvinutou metodologii rozšířit na jakýkoli lidský orgán - zejména na lidi s nádory, o nichž je známo, že jsou spojeny s jejich vlastními jedinečnými mikrobiomy."

Tým doufá, že práce pomohou zlepšit cílené poskytování léků, které by mohly být použity k nápravě špatného proniknutí antibiotik.

menu
menu