Autofluorescence intensity patterns encode α/β cell identity in human islets
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक व्याख्यात्मक मशीन-लर्निंग ढांचा, जो जटिल लाइफटाइम डेटा या विनाशकारी लेबलिंग के बजाय केवल ऑटोफ्लोरेसेंस तीव्रता पैटर्न का उपयोग करता है, मानव अग्नाशय के α- और β-कोशिकाओं के बीच विश्वसनीय रूप से अंतर कर सकता है, जो संभवतः लिपफसिन ग्रैन्यूल वितरण को दर्शाने वाले सूक्ष्म-स्तरीय अंतःकोशिकीय संगठन पर आधारित है।
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अपने शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ चीनी (ग्लूकोज) वह ईंधन है जो सब कुछ चालू रखता है। सड़कों को बाढ़ से बचाने या सूखने से रोकने के लिए, शहर दो विशेष ट्रैफिक नियंत्रकों पर निर्भर करता है जो अग्न्याशय (पैनक्रियास) के भीतर "आइसलेट्स" नामक छोटे द्वीपों में रहते हैं। एक नियंत्रक, बीटा सेल, इंसुलिन छोड़ता है ताकि शरीर को बहुत अधिक ईंधन होने पर उसे स्टोर करने का निर्देश दे सके। दूसरा नियंत्रक, अल्फा सेल, ग्लूकागन छोड़ता है ताकि शरीर को ईंधन छोड़ने का निर्देश दे सके जब वह बहुत कम हो। यदि ये नियंत्रक आपस में उलझ जाएं या काम करना बंद कर दें, तो पूरे शहर का ऊर्जा ग्रिड क्रैश हो जाता है, जिससे मधुमेह (डायबिटीज) होता है।
वैज्ञानिकों के लिए, इन कोशिकाओं का अध्ययन करना उन ट्रैफिक नियंत्रकों को बिना शहर को रोके चलते हुए देखने जैसा है। उन्हें अलग पहचानने का पुराना तरीका एक रुकी हुई कार की फोटो लेने, उसे चमकीले नियॉन रंगों (स्टेनिंग) से पेंट करने और फिर पेंट को देखने के लिए कार को तोड़ने जैसा था। यह कार को नष्ट कर देता है, इसलिए आप बाद में यह नहीं देख सकते कि वह कैसे चलती है। एक नया, हाई-टेक तरीका विशेष कैमरों का उपयोग करता है जो यह देख सकते हैं कि कार की हेडलाइट्स कितनी देर तक चमकती हैं (एक तकनीक जिसे "फ्लोरेसेंस लाइफटाइम" कहा जाता है)। लेकिन इसके लिए महंगे, जटिल उपकरणों की आवश्यकता होती है। बड़ा सवाल जो वैज्ञानिक पूछ रहे थे वह यह है: क्या हम इन दोनों कोशिका प्रकारों को उनके प्राकृतिक चमक की चमक और पैटर्न को देखकर पहचान सकते हैं, बिना उस फैंसी टाइमिंग उपकरण या विनाशकारी रंगों के?
यह शोध पत्र कहता है, "हाँ, हम कर सकते हैं।"
शोधकर्ताओं ने जीवित मानव आइसलेट कोशिकाओं की छवियों पर एक ताज़ा नज़र डाली। जटिल टाइमिंग डेटा के बजाय, उन्होंने पूरी तरह से इंटेंसिटी पैटर्न (तीव्रता पैटर्न) पर ध्यान केंद्रित किया—कोशिका के भीतर प्राकृतिक प्रकाश (ऑटोफ्लोरेसेंस) के व्यवस्थित होने का विशिष्ट तरीका, जैसे कि एक उंगलियों के निशान की बनावट। उन्होंने इन छवियों को एक स्मार्ट कंप्यूटर प्रोग्राम (मशीन लर्निंग) में डाला जो अल्फा और बीटा कोशिकाओं के बीच अंतर करने के लिए बनाया गया था।
कंप्यूटर ने उल्लेखनीय सटीकता के साथ दोनों कोशिका प्रकारों के बीच अंतर करना सीखा, और 0.92 का स्कोर प्राप्त किया (जहाँ 1.0 पूर्ण है)। टीम ने पाया कि रहस्य केवल कोशिका के आकार या आकृति में नहीं था, बल्कि इसके भीतर की सूक्ष्म, बारीक "ग्रैन" (दानेदार बनावट) में था। उन्होंने पाया कि बीटा कोशिकाओं में अधिक जटिल, चितकबरी आंतरिक बनावट होती है, जो संभवतः इसलिए है क्योंकि वे अल्फा कोशिकाओं की तुलना में अधिक छोटे, चमकते कणों (जिन्हें लिपोफ्यूसिन कहा जाता है) से भरी होती हैं। यह रेत के दो समान दिखने वाले जार के बीच अंतर करने जैसा है: एक जार में चिकनी, एक समान रेत है, जबकि दूसरे में ग्लिटर और कंकड़ का मिश्रण है। भले ही जार एक ही आकार के हों, कंप्यूटर केवल ग्लिटर पैटर्न को देखकर उनके बीच अंतर कर सकता है।
अध्ययन ने यह भी दिखाया कि यह तरीका कठिन और विश्वसनीय है। यहाँ तक कि जब शोधकर्ताओं ने छवियों को घुमाया या उन्हें उल्टा कर दिया (यह दर्शाने के लिए कि कोशिकाएं अलग-अलग स्थितियों में हैं), तब भी कंप्यूटर सही रहा। यह सुझाव देता है कि भविष्य में इन कोशिकाओं की पहचान करने के लिए हमें सबसे महंगे, हाई-टेक कैमरों की आवश्यकता नहीं हो सकती है। इसके बजाय, एक सरल कैमरा जो केवल चमक के पैटर्न को कैप्चर करता है, उन्हें अलग करने के लिए पर्याप्त हो सकता है, जिससे हमारे शरीर द्वारा शुगर को वास्तविक समय में प्रबंधित करने के तरीके को समझने के लिए आसान, गैर-विनाशकारी रास्ते खुल सकते हैं।
हालाँकि, लेखक सावधानी बरतते हुए नोट करते हैं कि हालांकि यह उनके द्वारा विश्लेषण की गई विशिष्ट छवियों पर पूरी तरह से काम करता है, लेकिन अभी तक विभिन्न माइक्रोस्कोप या विभिन्न लोगों के नए डेटा पर इसका परीक्षण नहीं किया गया है। वे सुझाव देते हैं कि यह एक आशाजनक नया मार्ग है, लेकिन इसे हर जगह काम करने के प्रमाण के रूप में और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है। फिलहाल, उन्होंने दिखाया है कि उनकी कोशिका की प्राकृतिक चमक की "बनावट" ही उसकी पहचान का रहस्य है, जो हमारे रक्त शर्करा को प्रबंधित करने वाले नन्हे संरक्षकों को समझने का एक सरल, उज्जवल तरीका प्रदान करती है।
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