Hücre Ayırt Etme: kanserle birlikte mücadele edelim ! Teach article

Çeviri: Esmanur Eren ve Hikmet Geçkil (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü). Bir zamanlar Benjamin Franklin “Bana anlatırsanız unuturum,  eğitirseniz belki hatırlarım, konuya dahil ederseniz öğrenirim.”demiş. Bu sözü kendinize örnek…

Etkili kanser ilaçlarının sağlıklı hücrelere zarar vermeden tümör hücrelerini seçici bir şekilde yok etmesi gerekir. Var olan kemoterapi tedavileri henüz seçicilikteki ideal seviyeye ulaşamamıştır; fakat,birçok araştırma ekibi yarının etkili ve yan etkisi olamayan ilaçları için araştırmalarını sürdürmektedir.

HeLa hücreleri

Taramalı elektron
mikroskobunda  apoptik bir
HeLa hücresi

Resim: Ulusal Sağlık Enstitüleri
(NIH)‘ın izniyle

HeLa hücreleri özel insan hücre hatlarıdır. Bu hücreler adını; 1951 yılında rahim ağzı kanserinden ölen Henrietta Lacks isimli bir kadından almıştır. Henrietta’nın doktoru onun tümöründen bazı hücreler almış ve onları özel  besi yeri içerisinde büyütmeyi başararak, ilk insan hücre hattını oluşturmuştur. HeLa hücreleri; dünyada biyoloji laboratuarlarında en yaygın kullanılan insan hücrelerdir.

 

Uygun bileşik araştırması milyonlarca aday kimyasalı kısa bir zamanda tarayan sistemleriyle yapılmaktadır. Bu robotlar kanser hücreleri ile bu bileşikleri bir araya getirerek, hangilerinin hücreleri öldürdüğünü hangilerinin onlar üzerinde etiksisinin olmadığını bize gösterirler. Bu tür deneylerde binlerce ve bazen milyonlarca hücre görüntüsü üretileceğinden,  hücrenin durumu, hücresel içeriğin açığa çıkması, mitokondrinin dağılımı veya çekirdeğin biçimi gibi parametrelerin analiz edilmesi ve hücrenin olası her bir ilaca vermiş olduğu tepkiyi belirlemek için sınıflandırılmaları gerekir. Bu muazzam büyüklükteki veriyle uğraşmanın en ideal çözümü bilgisayarları kullanmaktır. Buna karşın robotlar belli motifleri algılamakta yetersiz kalmaktadırlar. Bu işlemde insan gözünden daha üstünü yoktur (Lostal et al, 2013a; 2013b)!

Tam da bu aşamada siz ve sınıfınız işe dahil olur. Araştırmacılar, kansere karşı olası yeni ilaçların olabildiğince hızlı belirlenmesi ve görüntü analizi için çok sayıda gönüllüye ihtiyaç duyarlar. Öğrencileriniz; hücre ölümünü, HeLa hücrelerinin değişik kimyasal bileşiklere verdikleri tepkileri bilim adamlarına yardım ederken öğrenecekler. 

Hücre Ayırt Etme projesi

Hücre Ayırt Etme takımı, HeLa hücreleri üzerinde 14000’den fazla kimyasal maddenin etkisini test etmekte ve gelişmiş optik mikroskop tekniğini kullanarak gözlemlemektedir. HeLa hücre kültürleri her yarım saatte bir üç farklı kanalda fotoğraflanır: normal, mavi ve yeşil floresan ışıkta. Normal ışık, hücre zarının genel yapısını açığa koyar; mavi floresan hücre çekirdeğinin gözlenmesi için kullanılır (hücre çekirdeği DNA’ya bağlandığında mavi ışık yayan florokrom Hoechst 33342 boyasıyla boyanır). Yeşil ışık hücrelerin mitokondrilerini gözlemlemek içindir (mitokondriler florokrom olan Mitotracker ile boyanır). Bilim adamları; üç kanaldan elde edilen verileri birleştirerek, hücre yapısını bu üç elemanıyla ilgili detaylı bilgileri elde etmenin yanında hücre hareketini, bölünme ve zamanla ölümlerini gösteren videolar üretebilirler. Tek bir deneyde, günlük 4000’den fazla görüntü alınabilir ve yaklaşık 14112 görüntü üretilebilir.

Şekil 1. Bir HeLa hücre görüntüsü ile bir hayvan
Resim: Socientize’in izni ile

Hücreleri ayırt et ve kanserle savaşı sınıfınızda  başlat

Bu etkinlik 14 ve 18 yaşları arasında öğrencilere biyoloji derslerinde uygulanmak üzere tasarlanmış olmasına karşın, diğer gruplar için de uyarlanabilir. Etkinlik hücre bölünmesi, ölümü, genetik düzenleme, kanser ve biyoteknoloji gibi konuları araştırır.

Aktivite iki kısma ayrılır;

A)Hücre Ayırt Etme araştırma projesi ve içeriğinin anlaşılması

B) Hücre Ayırt Etme uygulaması ile oyun

Malzemeler

Bu etkinlik için mevcut kaynaklar şunlardır:

  • Hücre Belirlenmesi araştırma projesi içeriğinin olduğu bir videow1 
  • Öğrencilerle yapılacak aktiviteleri destekleyecek, iyi bir ders planını olan öğretici bir ünitew2
  • Öğretmenin elinde PowerPoint sunusu ve HeLa hücreleri hakkında üç kısa videonun olduğu detaylı bir doküman paketi bulunmalıdırw3 

Prosedür

A) Hücre Belirlenmesi araştırma projesinin araştırılması ve bağlamının anlaşılması.

Aktivitenin ilk kısmında, öğrenciler araştırma projesi ve metodolojisi hakkında bilgi edinmek için sorgulama tabanlı düşünme yöntemi kullanmalıdır.

1) Etkinliği doğru bağlama oturtmak için ‘Socientize: Hücre Görüntüleri Deneyi’ videosunu izleyinw1 

2) Eğitici unite boyunca ilerleyin ve aşağıdaki soruların yanıtlarını bulunw2 

  1. José Villar araştırmasında ne yapıyor?
  2.  Ne tip hücreleri kullanıyor ?
  3. What methodology is he using to observe the cells?
  4. Hücreleri gözlemlemek için hangi metodolojiyi kullanıyor?
  5. José Villar, hücrelerde ne tip hücre ölümünün oluşmasını istiyor? Neden?

Bu aşamada, Şekil 2’de gösterildiği gibi basit bir diyagram oluşturmak faydalı olabilir..

3) Öğrencilerinize apoptoz ve nekroz arasındaki farkı ve sağlıklı durumu nasıl belirleyeceklerini gösterin.

  1. Öğrencilerinizden eğitici ünitedeki Şekil 5’i analiz etmelerini ve hücre hacim farklılıklarından, çekirdek yoğunlaşmalarından ve nihai reaksiyondan kaynaklanan iki ölüm tipi arasındaki farlılıkları Tablo 1’deki gibi özetlemelerini isteyin.
  2. Öğretmen modülünden HeLa hücrelerinin üç farklı evresini (sağlıklı, apoptoz ve nekroz halleri) gösteren videolar izletin. Öğrencilerden morfolojik farklılıklara dayanarak her kısa videodaki evrenin hangi hücre durumunu yansıttığını tespit etmelerini isteyin.
Şekil 2. Hücre belirleme deneyini açıklamak için bir diyagram örneği
Resim: Socientize’in izni ile

Şimdi öğrencileriniz José’ye HeLa hücre görüntülerini tanımlamada yardımcı olmaya hazır!

  Apoptoz Nekroz
Table 1. Example of a table summarising the main morphological differences between apoptosis and necrosis
Hücre hacmi Azalma Artma
Hücre çekirdeği Yoğunlaşma sonrası parçalanma Hacim artışı
İçerik salıverme Hayır (apoptik cisimlerin oluşumu ) Evet
İltihaplanma Hayır Evet

B) Hücre Ayırt Etme Uygulaması ile oyun.

Hücre Ayırt Etme uygulamasıw4 size ve öğrencilerinize HeLa hücre görüntülerini analiz etmenizi ve analizlerinizi araştırma takımına göndermenizi sağlar. Uygulama arayüzü; sezgisel, kullanıcı dostu ve müstakil olduğundan herkes kolaylıkla erişebilir ve katkıda bulunabilir. Uygulamaya ilk kez giriş yaptığınızda, arayüzün yapısını, amacını ve kaynaklarını açıklayan talimatları takip etmenizi öneririz. Bu size giriş yapmadan ve hücreleri belirlemeden ve özel belirteçler ile etiketlemeden önce gerekli detayları öğrenmenizi sağlayacaktır. 

Şekil 3. Hücre ölümünün temsili: apoptoz ve nekroz
Resim: Juliana Bortoletto’nın izniyle

Her bir görevi tamamlamak için aynı görüntüyü dört parametreye göre analiz etmeniz gerekir:

  • Mevcut hücre durumu ( ölü veya sağ )
  • Hücre içerik salıvermesi (hücrenin dışarıya malzeme bırakıp bırakmadığı )
  • Mitokondri dağılımı ( hücre içinde mitokondrilerin kümelenmiş ya da seyrek dağılıp dağılmadığı )
  • Diğer açıklamalar (ör. Çok çekirdekli hücre, anormal büyüklükteki hücreler ve çekirdekler)

1) Öğrencilerinizin katkılarının isimsiz kalmaması için uygulamaya kayıt olarak giriş yapmalarını isteyin.

2) Öğrencilerinizle birlikte uygulamayı keşfedin ve tam olarak ne yapmaları gerektiğini belirleyin. Eğer projektörünüz varsa hücre görüntü analizini yaparken görüntüyü bir duvar üzerine yansıtabilirsiniz. 

Şekil 4. Hücre Belirleme uygulaması
Resim: Socientize’in izni ile

Özetle, uygulamanın içerikleri ;

  • Üstteki mavi çizgi (görüntü üzerinde A’ya bakın); bu size yapmanız gerekenleri ve görevi başarmak için gerekli kaynakları özetlemekte ve aynı zamanda şunları içermektedir: 
    • cevaplamanız gereken özel soru
    • resimlerdeki özel detayları görüntülemek için kullanabileceğiniz üç farklı ışık kanalı; çekirdeği görüntülemek için mavi; mitokondriyi görmek için yeşil; ve normal görüntü ise mavi, yeşil ve parlak beyaz alan görüntülerinin bir birleşimidir.
  • her görüntünün elde edildiği video
  • her adım için ilave bilgi
  • Hücre Ayırt Etme işleminin gerçekleştiği laboratuarı sanal olarak gezmenizi sağlayan eğitim portalı Vish’e (Virtual Science Hub-Sanal Bilim Kapısı) erişin. 
  • geri bildirim anketi
  • eğitici ünite için doğrudan bir erişim bağlantısı

Analiz edilmeyi bekleyen görüntü B kutusundadır (Şekil 4). Onun altında, hücreleri etiketliyebileceğiniz ve durumlarını belirleyebileceğiniz çeşitli damgaları bulabilirsiniz (Şekil 4 üzerindeki nokta 8). Ayrıca etiketleri bireysel olarak kaldırabilirsiniz (Şekil 4 üzerindeki nokta 10) veya etiketlemeye baştan başlayabilirsiniz (Şekil 4 üzerindeki nokta 11). Eğer hücreleri nasıl sınıflandıracağınızdan emin değilseniz, soru işareti içeren özel noktaları kullanabilirsiniz (Şekil 4 üzerindeki nokta 9).

C kutusu, tanımlanması gereken motiflerden örnekler içermektedir.Son olarak, analiz edilecek görüntünün altında, her görev için doldurmanız gereken dört parametreyi ihtiva eden bir ilerleme çubuğunu bulacaksınız (bakınız Şekil 4’teki D kutusu). Bir parametreyi incelemeyi bitirdiğiniz zaman, sonraki parametreye geçebilmek için ilerleme çubuğunun sağındaki ok tuşunu tıklamalısınız. Dört parametrenin tamamı incelendiği zaman, görevi tamamlamak için bir simge belirecektir. Bunlardan sonra yeni görüntü otomatik olarak belirecek ve yeniden analize başlayabileceksiniz.

NOT: Öğretmen paketinde Hücre Ayırt Etme ile ilgili bir kılavuz bulunmaktadır.  Kılavuzdaki analiz çok basit olduğundan öğrencileriniz bu işlemi muhtemelen kolaylıkla yapacaktır.

3) Öğrencilerinizi programla istedikleri gibi çalışmaları ve katkı yapmaları için özgür bırakın. Kendilerine evden de giriş yapabileceklerini söyleyin.

Download

Download this article as a PDF

References

  • Lostal E, Serrano F, Carrodeguas JA, Martínez P, Sanz F, Val C (2013a) Cell Images Analysis as a Case of Citizen Science for Advanced Education: Laboratory and School, Back and Forth. In Proceedings of the 7th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2013) pp 2489–2496. Valencia, Spain: IATED
  • Lostal E, Serrano F, Carrodeguas JA, Martínez P, Sanz F, Val C (2013b) A case of Citizen Science for Cell Biology Images Analysis. In Proceedings of the XXXIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (CSBC 2013) pp 1855–1862. Maceió, Brazil: CSBC

Web References

Resources

  • AB destekli Socientize projeleri haklında daha fazla bilgiyi kendi resmi sitesinden öğrenin. Ayrıca sizing de dahil olabileceğiniz topluma yönelik bilimsel araştırma projeleri bulacaksınız.
  • Socientize tarafından desteklenen topluma yönelik bilimsel projelerin sonuçlarını takip ediniz. Ibercivis projesinin resmi web sitesini inceleyiniz.
  • Kanserle ilgili başka bir eğitici aktivite için, bakınız:    

Author(s)

Cândida G Silva matematik ve bilgisayar bilimlerinden mezun olmuş ve kemoinformatik alanında doktora yapmıştır. Geçen dört yıl boyunca iki tane topluma yönelik bilimsel araştırma ve gönüllü heasplama projesi olan ibercivis.net ve socientize.eu da aktif rol almıştır. Şu andaki bilimsel ilgi alanları; makineler, veri madenciliği, ilaç yapımı, topluma yönelik araştırma, e-bilim, gönüllü hesaplama projeleri ve veri atölyesi çalışmaları.

José Carrodeguas Villar, İspanya’da Zaragoza Üniversitesi Kompleks Sistemler için fizik ve biyo-hesaplama Enstitüsü  (BIF) bölümde doktora yapan bir araştırmacıdır. Kanserde apoptoz, bağışıklık sistemi, sinir sistemi ve diğer sistemlere odaklı çalışma yapan bir araştırma grubunun yöneticisidir. Bunun yanı sıra hücre ayırt etme deneyinin yardımcı araştırmacısı ve Socientize ve Ibercivis de topluma yönelik bilimsel projelere aktif olarak katılmıştır.

Bu Socientize tarafından önerilmiş RI-312902 sözleşmesi kapsamında Avrupa Birliği Yedinci Çerçeve Programı tarafından finanse edilen bir etkinliktir.


Review

Bu makale, öğrenci odaklı bir aktiviteyi tanımlamakta olup etkin kanser ilaçlarının ve diğer farklı bileşiklerin kanser hücrelerinin ortadan kaldırılmasında nasıl etkin rol oynadıklarını göstermektedir. Öğrencilere daha sonra bir deneyle HeLa hücreleri ve bu hücrelerin izole edilmiş bileşiklerle bir araya getirildiklerinde nasıl etkilendikleri hakkında bilgi edinebileceği bir alıştırmaya yönlendirilmektedir. Ayrıca görsel örneklerle hücre apoptozu ve nekrozu hakkında bilgi sahibi olurlar.

Daha sonra öğrencilere, katılımcıların hücreleri analiz edebileceği ve kendi analizlerini yükleyerek projeye katkıda bulunabilecekleri hücre ayırt etme araştırma projesi tanıtılmaktadır.

Projenin her bir aşaması öğrencilerin kendi bilgilerini kullanabilecek ve projeye katkıda bulunmalarını sağlamak için açık talimatlar ve açıklayıcı notlar ile desteklenmiştir.


Dr Shaista Shirazi, Birleşik Krallık




License

CC-BY-NC-SA