Porozumieť správaniu sa buniek pri vývoji zložitých živých organizmov, akými sú napríklad stavovce, a to pomocou analýzy 4D mikroskopického obrazu. Pochopiť zákonitosti ich prirodzenej embryogenézy, ako aj príčiny vývoja vedúceho ku vzniku závažných ochorení. To sú základné ciele 4-ročného európskeho projektu Image In Life, ktorý je financovaný z programu Európskej únie Horizont 2020 Marie Skłodowska-Curie Initial Training Network.
Analýza 4D mikroskopického obrazu vývoja buniek živých organizmov má pomôcť pri odhaľovaní príčin vzniku aj tak závažných ochorení, akou je napríklad rakovina, snahou vedcov je tiež vývoj vhodných liečiv. „Náš výskum prináša odpovede na základné biologické otázky – kedy a ako dochádza k vytvoreniu jednotlivých orgánov embrya alebo akým spôsobom sa rozmnožujú a správajú bunkové populácie napríklad pri závažných infekčných ochoreniach spôsobených baktériami, vírusmi alebo plesňami,“ hovorí profesor Karol Mikula z Katedry matematiky a deskriptívnej geometrie Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.
Slovenský tím má za úlohu pomocou matematických metód a numerických algoritmov vytvárať softvér, ktorého 4D obraz filtruje, identifikuje bunkové jadrá a umožňuje plne automatizované sledovanie vývoja buniek organizmu v čase krátko po oplodnení. Z mikroskopických snímok tak majú vzniknúť 4D vizualizácie a bunkové stromy – obrazy vývoja organizmu v čase. Tie majú vedcom umožniť sledovať, ako sa mení správanie a vývoj buniek bez zásahu alebo naopak pri injekcii baktérií a vírusov, respektíve látok, ktoré môžu byť súčasťou liekov napr. proti rakovine.
Vedecký tím Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave na projekte Image In Life spolupracuje s francúzskym Národným centrom pre vedecký výskum CNRS. Francúzsky tím sa podieľa tým, že v niekoľkosekundových intervaloch pomocou mikroskopu sníma vývoj buniek živých organizmov od oplodnenia až po vytvorenie životaschopného jedinca.
Ak sa bližšie pozrieme na ciele projektu, snahou vedcov je dosiahnuť celulárny alebo subcelulárny obraz v rámci kompletného organizmu. Prostredníctvom mutualizácie a štandardizácie protokolov majú k dispozícii spoločný súbor nástrojov, akými sú markery, mikroskopické zostavy a softvér.Na základe nich dokáže vedecká komunita dosiahnuťpotrebnú úroveň fenomenologického a kvantitatívneho popisu, umožňujúceho lepšie pochopenie vývojových a patologických procesov v rámci embryastavovcov. To môže tiež byť implementované aj v iných oblastiach výskumu alebo pri aplikáciách orientujúcich sa na rozširujúce sa medzinárodné trhy (mikroskopy, projekcia a lekárske zobrazovacie riešenia).
Pre vedecký tím je predovšetkým dôležité nájdenie správnych podmienok pre optimálne zobrazovanie embryí rôznych druhov stavovcov (napr. rybičiek – zebričiek, myší a králikov). V dôsledku toho budú musieť byť vyvinuté nové markery a senzory, kompatibilné s biologickým materiálom a inkubačnými podmienkami mikroskopov.
Dostať malé vyvíjajúce sa embryá pod mikroskop a udržať ich vo vyhovujúcom zdravotnom stave tak dlho, ako je to možné, počas rôznych relácií zobrazovania nie je ľahká úloha.Tento krok musí byť realizovaný veľmi inovatívne už za predpokladu, že musia byť stále vyvíjané optimálne inkubačné komory, čo si vyžaduje vynikajúcu znalosť biologického materiálu, zvládnutie optických požiadaviek vybraných mikroskopických technológií a dobrú znalosť mikrofluidiky. Výskumné úsilie bude venované prispôsobeniu nových mikroskopických riešení preembryá stavovcov, t. j. vysoké rozlíšenie a rýchlosť prenosového zobrazenia, svetlo tabúľ (štruktúrovaných alebo nie) a fluorescenčné zobrazovanie jednej molekuly.
Cieľom je preskúmať a budovať nové matematické programy a výpočtovú stratégiu pre segmentáciu a sledovanie 3D a 4D biomedicínskych obrazov.Pri sledovaní buniek je nutné doriešiť časopriestorovú povahu údajov a úroveň hluku. Segmentácia má zásadný význam ako pre bunky, tak aj pre subcelulárne prvky, ktoré majú byť zachytené, tiež pri nižšom rozlíšení v rámci vzorkovania tkanív. Tieto nové postupy pre segmentáciu a sledovanie buniek povedú cez analógiu k novým riešeniam analýz lekárskych snímok.
V rámci projektu Image In Life bola rozšírená spolupráca s ďalšími renomovanými európskymi výskumnými pracoviskami, ktoré sa venujú najmodernejším technikám tvorby biomedicínskeho obrazu a jeho biologickej, matematickej a počítačovej analýze.Popri európskych univerzitách a výskumných ústavoch sú v konzorciu aj súkromné spoločnosti s cieľom komercializácie vytvorených metód a nástrojov.
Do projektu sa aktuálne môže zapojiť 14 mladých vedcov – doktorandov, nielen v Bratislave, ale aj v šiestich európskych krajinách.Tri z doktorandských miest, venované matematicko-počítačovému modelovaniu v spracovaní 4D biomedicínskeho obrazu, sú vytvorené na Slovenskej technickej univerzite v Bratislave a v spoločnosti Tatramed Software s. r. o. v Bratislave.
Doktorandi budú mať prístup k najnovším 4D mikroskopickým dátam, budú spolupracovať s významnými biologickými pracoviskami v rámci konzorcia a absolvujú pobyty v súkromných spoločnostiach, čo zabezpečí špičkový doktorandský výskum a jeho nadväznosť na prax. Tomu bude zodpovedať aj finančné ohodnotenie doktorandov podľa pravidiel Marie Sklodowska-Curie ITN programu.
Záujemcovia sa môžu hlásiť do 15. marca 2017 na stránke projektu
Dalších 11 doktorandov má byť zamestnaných vo Francúzsku (Univerzita v Montpelier, CNRS Gif-sur-Yvette, Pasteurov Inštitút v Paríži, Phase View Paríž), Veľkej Británii (Univerzita v Cambridge, Manchester Metropolitan University), Holandsku (Univerzita v Leidene), Španielsku (ICFO Barcelona) a Nemecku (Acquifer Heidelberg).
Viac informácií o projekte
Informácie a Foto poskytla: Andrea Settey Hajdúchová, manažérka pre komunikáciu Slovenskej technickej univerzity v Bratislave
Spracovala: Slávka Habrmanová
Uverejnila: ZVČ