Учёные использовали вычисления фрактальной размерности для изучения стволовых клеток

Одни из проблем клеточной терапии — в том, что трансплантированные в организм пациента стволовые клетки не всегда достигают своей цели — повреждённых тканей. Во многом это происходит потому, что клетки недостаточно подвижны и зачастую распространяются медленно. Для того, чтобы создать вещества, которые могли бы ускорить процесс, необходимо отслеживать эффективность изменений цитоскелета клетки по мере её передвижения.

«Мы поняли, что для более точной оценки реорганизации клеточного цитоскелета по микроскопическим снимкам нам необходим количественный метод. Одним из таких подходов, который и ранее единично использовался клеточными биологами, является метод измерения фрактальной размерности Минковского. Мы модифицировали и улучшили его, а затем успешно применили для оценки структур F-актина — одного из основных белков, составляющих цитоскелет», — рассказывает Алла Ревитцер, младший научный сотрудник группы ионных механизмов клеточной сигнализации ИНЦ РАН.

Российские учёные рассмотрели изображения активного цитоскелета стволовых клеток с точки зрения их фрактальной организации. Так как цитоскелеты обладают нерегулярной и комплексной формой, специалисты при их изучении использовали метод измерения фрактальной размерности Минковского. Последний успешно показывает себя в тех случаях, когда необходимо определить, какое пространство занимает тот или иной объект. Например, этот метод используется в географии для картирования береговых линий. Сначала изображение накладывают на сетку, затем подсчитывается количество занятых им ячеек. Этот подсчёт происходит до тех пор, пока не достигается желаемая точность. После этого математически определяется размерность объекта, описывающая его геометрические характеристики.

Чтобы применить подход к клеткам, исследователи разработали доступную программу, которая подсчитывает фрактальную размерность Минковского применительно к активному цитоскелету. Программа способна автоматически подбирать параметры исходя из расположения и размера ядра клетки.

«Наш метод позволяет получить информацию об изменении структуры цитоскелета под действием различных факторов. При этом не требуется большого количества данных, на подготовку и обработку которых уходит много времени. Поэтому мы надеемся, что наша разработка будет интересна для клеточных биологов, например, для тех, которые изучают цитоскелет стволовых клеток, применяемых в регенеративной медицине», — добавляет Алла Ревитцер.