Hoe groeit een cel eigenlijk? Nieuwe rekenmethode ontrafelt het geheim uit duizenden filmpjes
Een cel die zich deelt, lijkt een simpel proces. Maar hoe een cel precies groeit voordat hij splitst, is eigenlijk nog niet zo duidelijk. Groeit hij steeds met hetzelfde beetje per minuut, zoals een plant die gestaag langer wordt? Of gaat het sneller en sneller, zoals geld dat op een spaarrekening staat met rente op rente? Onderzoekers hebben nu een slimme rekenmethode ontwikkeld die dit automatisch kan achterhalen, puur op basis van filmpjes van duizenden individuele cellen.
Met moderne microscopen kun je cellen uren achter elkaar filmen en precies meten hoe hun grootte verandert. Dat levert enorme bergen data op: duizenden losse groeicurves, één voor elke cel. Het probleem is dat elke cel een beetje anders groeit. De ene cel groeit iets sneller dan de andere, ook al zijn het soortgenoten. Wetenschappers willen twee dingen weten: welke wiskundige regel (groeiwet) de groei het beste beschrijft, en hoeveel die cellen onderling van elkaar verschillen.
Een puzzel met duizenden stukjes
Tot nu toe was het lastig om beide vragen tegelijk te beantwoorden. Je kunt wel naar één cel kijken en gokken welke groeiwet past, maar dan mis je het grotere plaatje: hoeveel variatie zit er tussen alle cellen in een populatie?
Een onderzoeksteam loste dit op met een methode die ze WENDy noemen, een afkorting voor "Weak-form Estimation of Nonlinear Dynamics". In gewone taal: het is een wiskundige aanpak die ruwe, ruizige meetdata (metingen met kleine foutjes en afwijkingen) kan gebruiken om toch betrouwbaar te bepalen welke groeiregel het beste klopt. Daarbovenop gebruikten ze een statistische truc, empirical Bayes shrinkage genoemd, om voor elke individuele cel een eigen groeisnelheid te schatten. Die techniek "trekt" extreme, onzekere schattingen een beetje richting het gemiddelde van de groep, zodat je minder last hebt van toevallige meetfouten.
Van losse cellen naar de hele groep
Het team testte hun methode eerst op nepdata: computersimulaties van cellen die volgens bekende groeiwetten groeien, zoals lineaire groei (steeds evenveel erbij) of exponentiële groei (steeds sneller, zoals bij rente op rente). Daarna pasten ze de methode toe op echte, gemeten groeicurves van cellen. In beide gevallen herkende de methode correct welke groeiwet aan de orde was, en hoeveel de cellen onderling verschilden, zolang de meetfouten niet te groot waren.
Dit is één onderzoeksteam dat deze specifieke methode heeft ontwikkeld en getest. De aanpak werkt dus aantoonbaar bij de geteste datasets, maar moet nog breder worden uitgeprobeerd op andere soorten cellen en in andere laboratoria voordat je kunt zeggen dat het overal werkt.
Waarom is dit interessant? Als wetenschappers straks betrouwbaar en automatisch kunnen bepalen hoe cellen groeien en hoeveel ze onderling verschillen, helpt dat bij fundamenteel onderzoek naar celdeling. Dat is belangrijk voor allerlei biologische vragen, van de ontwikkeling van organismen tot het begrijpen van ziektes waarbij celgroei misgaat. Deze nieuwe rekenmethode is daarbij een stap in het gereedschapskistje van onderzoekers, geen eindantwoord.