加利福尼亚州旧金山——2021 年 12 月 8 日——很难判断脑细胞何时死亡。在显微镜下看起来不活跃和支离破碎的神经元可能会持续数天处于生死攸关的状态，有些神经元在出现惰性后突然再次开始发出信号。对于研究神经退行性变的研究人员而言，由于缺乏对神经元的精确“死亡时间”声明，因此很难确定导致细胞死亡的因素以及筛选可能使衰老细胞免于死亡的药物。
现在，格拉德斯通研究所的研究人员开发了一种新技术，可以让他们一次跟踪数千个细胞，并确定该组中任何细胞的准确死亡时刻。该小组发现，在杂志上发表的论文自然传播，该方法在啮齿动物和人类细胞以及内活斑马鱼的工作，并且可以用于跟踪细胞数周或数月。
“获得准确的死亡时间对于阐明神经退行性疾病的因果关系非常重要，”格拉德斯通系统和治疗学中心主任、两项新研究的资深作者、医学博士、博士 Steve Finkbeiner说。“它让我们弄清楚哪些因素直接导致细胞死亡，哪些是偶然的，哪些可能是延迟死亡的应对机制。”
在《科学进展》杂志上发表的一篇配套论文中，研究人员将细胞传感器技术与机器学习方法相结合，教计算机如何比人类更快、更准确地区分活细胞和死细胞 100 倍。
Finkbeiner 的科学项目负责人 Jeremy Linsley 博士说：“大学生手工分析这些数据需要几个月的时间，而我们的新系统几乎是瞬间完成的——它的运行速度实际上比我们在显微镜上获取新图像的速度还要快。”实验室和两篇新论文的第一作者。
教旧传感器新技巧
当细胞死亡时——无论是什么原因或机制——它们最终会变得支离破碎，它们的细胞膜退化。但这种降解过程需要时间，让科学家们难以区分早已停止运作的细胞、生病和垂死的细胞以及健康的细胞。
研究人员通常使用荧光标签或染料随着时间的推移用显微镜跟踪患病细胞，并尝试诊断它们在降解过程中的位置。已经开发了许多指示剂染料、染色剂和标签来区分已经死亡的细胞和仍然活着的细胞，但它们通常只能在褪色前的短时间内起作用，并且在使用它们时也可能对细胞有毒。
“我们真的想要一个能持续细胞整个生命周期的指示器——不仅仅是几个小时——然后只有在细胞死亡的特定时刻才给出明确的信号，”林斯利说。
Linsley、Finkbeiner 和他们的同事选择了钙传感器，最初设计用于跟踪细胞内的钙水平。当细胞死亡并且细胞膜变得渗漏时，一个副作用是钙会涌入细胞的水状细胞质中，而细胞质中的钙含量通常相对较低。
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