Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian ve New York Genome Center’daki araştırmacılar tarafından ortaklaşa yürütülen bir çalışmaya göre, yeni bir yöntem bir organ veya tümördeki hücrelerin kimliklerini ve faaliyetlerini benzeri görülmemiş bir çözünürlükte aydınlatabilir. Nature Biotechnology’de 2 Ocak’ta yayınlanan bir makalede açıklanan yöntem, gen aktivitesi modellerini ve doku örnekleri boyunca hücrelerdeki anahtar proteinlerin varlığını kaydederken, hücrelerin kesin konumları hakkında bilgi tutuyor. Bu sayede hastalıklı organlar ve tümörler de dahil olmak üzere organların karmaşık, veri açısından zengin “haritaları” oluşturulabiliyor ve bu haritalar temel ve klinik araştırmalarda geniş ölçüde faydalı olabiliyor.
Diğer eş kıdemli yazar ise doku örneklerindeki hücrelerin profilini çıkarmak için laboratuvar ekipmanları üreten Kaliforniya merkezli bir biyoteknoloji şirketi olan 10x Genomics’ten Dr. Marlon Stoeckius’tur. İlk üç yazar Dr. Nir Ben-Chetrit, Xiang Niu ve Ariel Swett, sırasıyla doktora sonrası araştırmacı, yüksek lisans öğrencisi ve çalışma sırasında Landau laboratuvarında araştırma teknisyeniydi.
Yeni yöntem, bilim insanları ile mühendislerin organ ve dokuların nasıl çalıştığını mikro ölçekte “görmenin” daha iyi yollarını geliştirmeye yönelik geniş çaplı gayretlerinin bir parçası. Araştırmacılar son yıllarda özellikle tek tek hücrelerde ya da küçük hücre gruplarında gen aktivitesinin ve diğer bilgi katmanlarının profilini çıkarmaya yönelik tekniklerde büyük ilerlemeler kaydettiler. Ancak bu teknikler tipik olarak dokuların çözülmesini ve hücrelerin komşularından ayrılmasını gerektirdiğinden, profili çıkarılan hücrelerin dokular içindeki orijinal konumları hakkındaki bilgiler kaybolmaktadır. Yeni yöntem bu uzamsal bilgiyi de yüksek çözünürlükte yakalıyor.
Spatial PrOtein and Transcriptome Sequencing (SPOTS) adı verilen yöntem, kısmen mevcut 10x Genomics teknolojisine dayanıyor. Sıradan mikroskop tabanlı patoloji yöntemleriyle doku örneklerini görüntülemek için uygun olan, ancak aynı zamanda binlerce özel prob molekülüyle kaplanmış cam slaytlar kullanıyor. Prob moleküllerinin her biri, lam üzerindeki iki boyutlu konumunu gösteren moleküler bir “barkod” içeriyor. İnce dilimlenmiş bir doku örneği lam üzerine yerleştirildiğinde ve hücreleri geçirgen hale getirildiğinde, lam üzerindeki prob molekülleri, esasen aktif genlerin transkriptleri olan komşu hücrelerin mesajcı RNA’larını (mRNA’lar) yakalar. Yöntem, dokuda ilgilenilen proteinlere bağlanan ve aynı zamanda özel prob moleküllerine bağlanan tasarım antikorlarının kullanımını içerir. Hızlı, otomatik tekniklerle araştırmacılar, yakalanan mRNA’ları ve seçilen proteinleri tanımlayabilir, doku örneğindeki orijinal konumlarına tam olarak eşleyebilirler. Elde edilen haritalar tek başına değerlendirilebilir veya numunenin standart patoloji görüntülemesiyle karşılaştırılabilir.
Ekip, SPOTS’u normal bir fare dalağından alınan doku üzerinde göstererek, farklı hücre tiplerinden oluşan kümeler, bunların işlevsel durumları ve bu durumların hücrelerin konumlarına göre nasıl değiştiği de dahil olmak üzere bu organın karmaşık işlevsel mimarisini ortaya çıkardı. Araştırmacılar, SPOTS’un kanser araştırmalarındaki potansiyelini vurgulayarak, bunu bir fare meme tümörünün hücresel organizasyonunu haritalamak için de kullandılar. Ortaya çıkan harita, makrofaj adı verilen bağışıklık hücrelerini protein belirteçleri ile gösterilen iki farklı durumda tasvir etti; bir durum aktif ve tümörle savaşan, diğeri bağışıklık sistemini baskılayan ve tümörü korumak için bir bariyer oluşturan.
Aynı zamanda NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Tıp Merkezi’nde onkolog olan Dr. Landau, “Bu iki makrofaj alt kümesinin tümörün farklı bölgelerinde bulunduğunu ve farklı hücrelerle etkileşime girdiğini görebiliyoruz. Mikroçevredeki bu farklılık muhtemelen farklı aktivite durumlarını yönlendiriyor” dedi. Tümör bağışıklık ortamının bu tür ayrıntıları (bağışıklık hücrelerinin tümörlerdeki seyrekliği nedeniyle genellikle çözülemeyen ayrıntılar) bazı hastaların neden bağışıklık artırıcı tedaviye yanıt verdiğini ve bazılarının vermediğini açıklamaya yardımcı olabilir ve böylece gelecekteki immünoterapilerin tasarımını bilgilendirebilir. SPOTS’un bu ilk versiyonu, elde edilen veri kümesinin her bir “pikselinin” en az birkaç hücre için gen aktivitesi bilgisini topladığı bir uzamsal çözünürlüğe sahiptir. Ancak Dr. Landau, araştırmacıların yakında bu çözünürlüğü tek hücrelere kadar daraltmayı ve diğer önemli hücresel bilgi katmanlarını eklemeyi umduklarını söyledi.