Os novos códigos de barras de proteínas brilham uma luz sobre o mapeamento de circuitos cerebrais em escala

Uma nova tecnologia para rastrear com mais precisão formas de neurônios a partir de imagens de microscopia é descrita em pesquisas divulgadas pela E11 Bio, uma organização de pesquisa focada sem fins lucrativos sediada em Alameda, Califórnia. O objetivo é reduzir significativamente o custo de um dia obter os primeiros mapas conectômicos de mouse inteiro e cérebros humanos. O novo trabalho está em colaboração com o Instituto Francis Crick, MIT e Max Planck Institute, e é publicado no biorxiv servidor pré -impressão.

“As ferramentas de próxima geração para mapear a fiação de cérebros saudáveis ​​e doentes transformarão a neurociência. Com o prisma, demonstramos uma prova de conceito de uma nova tecnologia que pode permitir rastreamento de neurônios econômicos em cérebros de mamíferos”, disse Andrew Payne, Ph.D., CEO e co-fundador da E11 BIO. “O prisma é um marco essencial para eventualmente escalar o mapeamento de mamíferos em mamíferos-primeiro em ratos e, finalmente, em humanos. Este é um passo crítico para entender nossos próprios circuitos cerebrais, tratando distúrbios cerebrais, simulando a função cerebral e até mesmo projetar redes neurais melhor e mais seguras para a inteligência artificial”.

O maior driver de custo no mapeamento da fiação cerebral (incluindo o mapeamento de conexões entre neurônios, ou seja, conectômica) está transformando imagens de microscopia detalhadas em renderizações digitais de neurônios – um processo conhecido como reconstrução. Novos modelos de IA são usados ​​nesse processo, mas a classe atual de ferramentas comete erros que devem ser corrigidos manualmente pela revisão humana, que é demorada e cara. Como resultado, com as abordagens existentes, o custo estimado de mapear o conectome de um cérebro de rato é bilhões de dólares.

O E11 Bio foi pioneiro em um método de engenharia genética para rotular neurônios com centenas de milhares de combinações únicas de tags de proteína, criando uma assinatura distinta e legível (“código de barras”) para cada neurônio. Esses códigos de barras permitem que os algoritmos de IA reconstruam os neurônios com mais precisão, com o rastreamento de neurônios melhorando quase uma ordem de magnitude na precisão quando comparado ao rastreamento de proteínas fluorescentes convencionais.

O Prism integra esses códigos de barras com microscopia de expansão multiplexada e algoritmos avançados de aprendizado de máquina para obter uma reconstrução automática escalável. O E11 Bio vê um caminho claro para estender o prisma para incluir milhões ou até bilhões de códigos de barras, o que pode reduzir o custo do rastreamento em 100 vezes ou mais.

O prisma não usa apenas codificação de barras para ajudar a mapear as formas neuronais – as técnicas ópticas nesse novo conjunto de ferramentas também permitem que os locais das proteínas naturais sejam identificados em neurônios individuais. No novo pré-impressão hoje, o E11 Bio demonstrou isso para cinco proteínas pré e pós-sinápticas e descobriu um novo princípio organizador para estruturas sinápticas complexas conhecidas como excrescências espinhosas. Essa informação biologicamente relevante é crítica, porque os neurônios se comunicam com uma variedade de moléculas e vias de sinalização. As ferramentas moleculares, o código e o conjunto de dados da pré -impressão estão todos disponíveis para os pesquisadores usarem.

Assim como o projeto do genoma humano lançou uma revolução no entendimento do papel da genética na saúde, os pesquisadores acreditam que o mapeamento das conexões de regiões cada vez maiores do cérebro de mamíferos pode ter um efeito revolucionário na compreensão da saúde do cérebro. Melhorias nos métodos de imagem e reconstrução subjacentes aos conectômicos – como as ferramentas divulgadas hoje – podem permitir um entendimento fundamental dos circuitos cerebrais.

Fornecido pela E11 Bio