CRISPR编辑非洲爪蟾,创建新型多囊肾模型

【字体: 时间:2021年11月08日 来源:University of Zurich

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  利用尖端的基因工程,研究人员开发了一种利用热带青蛙研究遗传性肾病的模型。该方法允许他们收集大量异常数据,然后使用人工智能进行分析。这项研究为寻找迄今为止无法治愈的疾病的新治疗方法开辟了新的机会。

青蛙的解剖结构和器官功能与人类惊人地相似。乌兹大学解剖学研究所的Soeren Lienkamp教授领导的一个国际研究小组现在利用这种相似性,利用一种叫做热带爪蟾的小型热带蛙来模拟人类遗传疾病。研究人员专注于多囊肾疾病,这是一种先天性的、目前无法治愈的进行性肾脏恶化,并在青蛙身上复制了这种疾病。

实时观察疾病过程

利用CRISPR/Cas9,一种关闭基因功能的方法,科学家将在囊性肾病中发挥作用的基因作为目标。该研究的主要作者Thomas Naert说:“我们的新型青蛙模型在几天内就会在肾脏中形成囊肿,这让我们第一次能够实时观察这些疾病的发展过程。虽然大多数基因研究是在老鼠身上进行的,但青蛙的特征使它们非常适合进行更大规模的研究。一对青蛙可以产下数百甚至数千个卵。这就是为什么你会在春天的瑞士湖里看到这么多蝌蚪。”同样,在实验室中,大量热带爪蟾蝌蚪可以被操纵,从而发展成囊性肾脏疾病。

人工智能通过光镜分析数据

为了分析来自如此大量动物的数据,该团队采用了一种叫做光板显微镜的技术,该技术生成了整个蝌蚪及其所有器官的三维重建。就像磁共振成像一样,光片技术可以透过蝌蚪的组织找到受疾病影响的器官。然后利用人工智能对收集的数据进行处理,从而实现对疾病的快速、自动化评估。“我的团队通常需要几天甚至几周的时间来分析数百只蝌蚪的数据,人工智能现在可以在几小时内完成这项任务,”Lienkamp说。

以这种方式分析青蛙模型的结果,为多囊肾病的早期过程提供了新的见解。这些见解将构成为受影响患者开发新的治疗方法的基础。


Thomas Naert, Özgün Çiçek, Paulina Ogar, Max Bürgi, Nikko-Ideen Shaidani, Michael M. Kaminski, Yuxiao Xu, Kelli Grand, Marko Vujanovic, Daniel Prata, Friedhelm Hildebrandt, Thomas Brox, Olaf Ronneberger, Fabian F. Voigt, Fritjof Helmchen, Johannes Loffing, Marko E. Horb, Helen Rankin Willsey, Soeren S. Lienkamp. Deep learning is widely applicable to phenotyping embryonic development and disease. Development, 2021; 148 (21)

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