Onderzoekers van de TU Delft hebben software ontwikkeld die de communicatie tussen cellen kan voorspellen en visualiseren aan de hand van betrokken moleculen. De software, en de kennis die daarmee opgedaan, kan bijdragen aan het efficiënter kunstmatig kweken van weefsels en organen.
Het vermogen zichzelf te organiseren en, door met elkaar te communiceren en samen te werken is even fascinerende als belangrijke eigenschap van levende cellen. Deze zogenoemde cellulaire communicatie stelt groepen cellen in staat te bepalen waar ze zich ten opzichte van elkaar bevinden en of ze bepaalde genen uit of aan moeten zetten. Door deze samenwerking kunnen deze celgroepen zich organiseren in verschillende soorten weefsels.
Het vermogen van cellen om met elkaar te 'praten' is essentieel voor leven. Bij de ontwikkeling van embryo's bijvoorbeeld. Door middel van patroonvorming kunnen cellen bepalen of ze hersencellen, spiercellen of huidcellen moeten worden. Middels de uitwisseling van moleculen en het vormen van patronen wordt de ontwikkeling van groepen cellen aangestuurd.
Software bespaart tijd
Dat cellen met elkaar communiceren is al langer bekend. Het begrijpen, en herkennen, van die 'taal' is een grote uitdaging. Daarvoor moeten onderzoekers er onder andere achter zien te komen welke cel welk molecuul aanmaakt en in welke cel bepaalde genen in- of uitgeschakeld zijn.
Om deze zogenoemde cellulaire dialogen te herkennen en begrijpen zijn ingewikkelde en tijdrovende experimenten nodig. Met de software die nu ontwikkeld is kunnen de cellulaire dialogen zichtbaar gemaakt worden zonder die ingewikkelde en tijdrovende experimenten. "Dat maakt het veel makkelijker om deze processen te leren begrijpen", aldus onderzoeker Hyun Youk van de TU Delft.
Woordenboek voor cellulaire communicatie
Onderzoekers voeren in de software in welke moleculen, en hoeveel, een cel uitwisselt. De software berekent vervolgens het patroon dat ontstaat wanneer een groep van deze cellen met elkaar gaat praten. Dat patroon wordt in met verschillende kleuren gevisualiseerd. De software is nu nog geschikt voor twee verschillende moleculen, maar het de patronen die deze twee moleculen kunnen vormen is verrassend genoeg toch heel complex.
De software, die door de onderzoekers beschreven wordt als een woordenboek voor cellulaire communicatie, is open source. De initiatiefnemers hopen daarmee dat andere onderzoekers het woordenboek verder gaan aanvullen. "Uiteindelijk is het de bedoeling om alle moleculen die betrokken zijn bij cellulaire communicatie erin te zetten, zodat we beter leren begrijpen hoe cellen met elkaar praten," zegt Youk.
De video hieronder illustreert de complexe patronen die de communicatie tussen twee moleculen kunnen opleveren.
Het onderzoek van de TU Delft om de communicatie tussen cellen in beeld te brengen en te begrijpen is slechts een van de vele voorbeelden waarbij nieuwe, innovatieve, oplossingen gezocht worden om het functioneren van menselijke cellen te doorgronden. Zo zet het Radboudumc kunstmatige intelligentie in om kankercellen te analyseren. En het Catharina Ziekenhuis gebruikt een nieuwe technologie waarmee tumorcellen tijdens een operatie oplichten.
