研究人员使用“五彩报告系统”追踪干细胞的发育。
随着年龄的增长，哺乳动物的嗅觉会逐渐衰退，现在科学家们发现了其中的原因。近日发表在《细胞报告》杂志的研究中，德国环境健康研究中心的研究人员使用一种“五彩报告系统”的技术追踪了小鼠大脑中干细胞的发育，分析了使用智能算法获得的复杂数据。这是科学家首次用数学模型定量描述哺乳动物大脑中的神经干细胞。
在哺乳动物中，新生神经元的产生(神经发生)主要局限于幼儿期，或仅发生在成年期前脑的少数区域。但嗅觉神经元就是一个例外，它是从干细胞通过几个中间阶段发育而来的。“嗅觉神经元的产生会随着年龄的增长而减少。在这项研究中，我们想找出这一过程的细胞基础和干细胞在其中扮演的角色。”德国环境健康研究中心计算生物学研究所(ICB)的研究组组长Carsten Marr博士解释道。
为了阐明这个问题，德国环境健康研究中心成立了一个包括数学家和干细胞研究人员在内的跨学科专家团队。“我们使用了一种被称为‘五彩报告系统’的方法来进行谱系追踪：在小鼠的大脑中，我们诱导单个干细胞和它的所有后代(称为克隆)发出一种特定颜色的光，”干细胞研究人员Filippo Calzolari说。通过这种方法，科学家们可以通过不同颜色来区分克隆。Calzolari补充说：“下一步，我们比较了在年轻和年老小鼠身上发现的克隆，以找出单个干细胞和中间状态的细胞对成熟嗅觉细胞神经发生的贡献。”
然而，对于人类来说，对这些图像进行系统分析几乎是不可能的，因为现有的数据极为庞杂，很难对年轻和年老的大脑进行比较。Carsten Marr团队的专业技能在这里发挥了作用。他们是单细胞动力学量化方面的专家，致力于研究一个大种群中哪些细胞、多少细胞会决定哪些细胞的命运。为此，研究人员使用人工智能的方法，开发数学模型和推导算法来帮助分析图像数据。
“我们将五彩报告系统的测量结果与神经发生的几个数学模型进行了比较，结果发现，老年人细胞的自我更新的能力会下降，尤其是在一种被称为‘传递放大祖细胞’的中间阶段。”团队成员、数学家Lisa Bast解释说。
此外，分析显示，细胞的不对称分裂和干细胞的静止状态在老年小鼠中增加。“这意味着在年老时，干细胞往往停留在壁龛中，变得不那么活跃，分化成的嗅觉神经细胞更少。”Jovica Ninkovic说。
编译：花花
责编：南熙
