머신러닝은 P2X7을 구별합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12673(2023) 이 기사 인용

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아데노신 삼인산(ATP)은 주로 신체의 병리생리학적 상황에 영향을 미치고 이온성 P2X7을 포함한 퓨린성 수용체에 의해 감지될 수 있는 세포외 신호 분자입니다. 신경 줄기 세포(NSC)는 성인 신경 조직에 남아 있으며 유발된 병리생리학적 상황에 의한 활성화를 통해 생리학적 과정에 기여할 수 있습니다. 이 연구에서 우리는 인간 유도 만능 줄기 세포 유래 NSC(iNSC)가 주로 퓨린성 및 이온성 수용체 P2X7을 통해 ATP 감지 능력을 가지고 있음을 밝혔습니다. 다음으로, 식품 유래 신경 유효 물질 및 유효 용량에 대한 기계 학습(ML) 기반 스크리닝 시스템을 개발하기 위해 여러 물질 및 용량으로 전처리된 iNSC의 ATP 유발 칼슘 반응을 수집했습니다. 마지막으로 우리는 더 높은 정밀도로 더 나은 ML 모델(MLM)을 달성하기 위해 각각 9개의 파형 이미지가 포함된 합성 이미지를 사용하여 ML을 수행했다는 사실을 발견했습니다. 우리의 MLM은 유전자 온톨로지 시그니처에 속하는 일반적인 mRNA 발현 변화를 사용하여 각 물질 및/또는 용량을 사용하여 전처리된 iNSC에 의해 생성된 파형의 미확인 미확인 변화를 양성 그룹으로 올바르게 정렬할 수 있습니다.

뇌는 신체에서 가장 복잡하고 유연한 기관으로 알려져 있습니다. 태아 뇌 내의 신경망 발달은 태반 장벽을 통과하는 화학 물질의 영향을 받기 쉽습니다1,2. 인간의 뇌는 출생 후에도 외부 자극을 의미 있는 정보로 받아들이는 기능적 신경망이 계속해서 성장하고 발달합니다. 그러나 출생 후 폴리염화비페닐과 같은 신경독성 물질에 노출되면 정신 및 운동 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다3. 성인의 뇌에서도 확립된 필수 신경망은 유지되어야 하며, 죽을 때까지 새로운 네트워크가 개발되어야 합니다4. 최근 연구에 따르면 인간의 성인 뇌에는 재생 및/또는 새로운 네트워크 구축을 위한 새로운 신경 발생을 위한 신경 줄기 세포(NSC)가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다5. 항상성과 신경망 변화 사이의 균형을 유지하기 위해서는 체내로 섭취되는 물질의 신경세포 유효량을 연구하는 것이 필요합니다.

음식과 음료는 신경독을 포함한 영양소와 신경 물질의 가장 일반적인 공급원입니다6. 현대 산업화된 국가에서는 섭취 경험이 부족한 몇 가지 새로운 식품과 보충제가 시장에 진입하고 있습니다. 예를 들어, 시부트라민 함유 슬리밍 보충제는 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다7. 순수한 신경독소 외에도 카페인, 알코올, 테아닌 등 신경세포에 영향을 미치는 물질이 함유된 일일 식품의 유효량을 아는 것이 중요합니다.

신경 효과는 주로 동물을 대상으로 테스트되었습니다. 그러나 동물 복지에 대한 우려를 해결하려면 신경독성을 예측하는 대체 방법을 개발해야 합니다. 인간 유도 만능 줄기 세포(hiPSC)는 윤리적 문제가 거의 없이 다양한 유형의 신경 세포를 제공할 수 있기 때문에 독성 검사 시스템에 이상적인 자원입니다. 많은 보고서에 따르면 hiPSC 유래 뉴런은 세포 사멸 또는 시냅스 생성과 관련된 특정 물질의 신경 독성을 평가하고 특성화하는 데 유용합니다8,9. 그러나 현재까지 일반 식품 함유 물질을 용량 의존적으로 신경 효과가 있거나 없는 그룹으로 분리할 수 있는 스크리닝 시스템은 없습니다.

아데노신 삼인산(ATP)은 뇌 손상의 징후 역할을 하는 주요 퓨린성 전달자입니다10. 손상된 세포가 ATP를 통제할 수 없게 방출하므로 ATP의 농도는 손상의 심각성을 반영합니다. 세포외 ATP는 직접적인 신경 세포 사멸과 소교세포 염증 반응을 유도하여 "손상 유발 손상" 주기를 초래할 수 있습니다11. ATP는 퓨린성 수용체에 의해 감지되며, 그 중 P2X7은 인간 다능성 줄기 세포 유래 신경 전구 세포, 성상교세포, 미세아교세포 유사 세포 및 뉴런을 비롯한 흥분성 세포에서 널리 발현됩니다. 그러나 인간 iNSC에서 P2X7의 기능은 여전히 ​​불분명합니다.