علم الخلايا

علم الخلايا هو تخصصٌ يُعنى بالتحليل الكمي للخلايا باستخدام تقنيات التصوير الحيوي والمعلوماتية الحيوية، ويتضمن سير عملٍ يتألف من ثلاثة عناصر رئيسية: الحصول على الصور ، وتحليلها ، وعرض البيانات وإدارتها. وتُؤتمت هذه العمليات عادةً. وتعتمد هذه العناصر الثلاثة على برامج متطورة للحصول على البيانات النوعية، والبيانات الكمية، وإدارة كلٍّ من الصور والبيانات، على التوالي. يُعدّ مصطلح "علم الخلايا" علامة تجارية مسجلة، ^{[ 1 ] [ 2 ]} ويُستخدم غالبًا كمرادفٍ لمصطلحي " التحليل عالي المحتوى" (HCA) و "الفحص عالي المحتوى" (HCS) ، إلا أن علم الخلايا يتجاوز هذين المصطلحين ليشمل أدوات معلوماتية حيوية متطورة .

كانت شركة Cellomics Inc.، التي كانت شركة خاصة، رائدة في مجال التحليل الخلوي عالي المحتوى (HCS) وعلم الخلايا، حيث قامت بتسويق أجهزة وبرامج وكواشف لتسهيل دراسة الخلايا في المزارع الخلوية، وتحديدًا استجاباتها للجزيئات الدوائية ذات الخصائص العلاجية المحتملة. في عام 2005، استحوذت شركة Fisher Scientific International, Inc. ^{[ 3 ]،} التي تُعرف الآن باسم Thermo Fisher Scientific، على شركة Cellomics، وهي تُطوّر منتجات متعلقة بعلم الخلايا ضمن خط إنتاجها للتحليل عالي المحتوى. ^{[ 4 ]}

على غرار العديد من علوم الأوميكس، مثل علم الجينوم وعلم البروتينات ، توسعت تطبيقات علم الخلايا وتعمقت مع مرور الوقت. يُستخدم هذا العلم حاليًا في أكثر من 40 مجالًا مختلفًا، بما في ذلك تحليل نماذج الخلايا ثلاثية الأبعاد، وتكوين الأوعية الدموية ، وإشارات الخلايا. كان علم الخلايا في الأصل أداةً تستخدمها صناعة الأدوية للفحص، ولكنه توسع الآن ليشمل الأوساط الأكاديمية لفهم وظائف الخلايا بشكل أفضل. ^{[ 5 ]} يُستخدم علم الخلايا في أبحاث علوم الحياة الأكاديمية والصناعية في مجالات مثل أبحاث السرطان، وأبحاث علم الأعصاب، واكتشاف الأدوية ، وسلامة المنتجات الاستهلاكية، وعلم السموم؛ ومع ذلك، هناك العديد من المجالات الأخرى التي يمكن أن يوفر فيها علم الخلايا فهمًا أعمق لوظائف الخلايا.

تعتمد تقنية تحليل الخلايا على التجميع الهرمي (HCA) في جوهرها، حيث تجمع بين مرونة المجهر الفلوري، وأتمتة وقدرة قارئ الألواح، والتحليل متعدد المعايير لتقنية قياس التدفق الخلوي ، وذلك لاستخلاص البيانات من الخلايا المفردة أو من مجموعة من الخلايا. ^{[ 6 ]}

بعد الحصول على صورة باستخدام أجهزة تقنية عالية الدقة، تُستخرج بيانات الخلايا منها باستخدام برامج تحليل الصور. قد تكون بيانات الخلية المفردة أو بيانات مجموعة الخلايا ذات أهمية، ولكن في كلتا الحالتين، تُتبع سلسلة من الخطوات بدرجات متفاوتة من تفاعل المستخدم، وذلك تبعًا للتطبيق والبرنامج المستخدم. الخطوة الأولى هي تقسيم الخلايا في الصورة، مما يُزوّد ​​خوارزميات البرنامج بالمعلومات اللازمة لمعالجة قياسات الخلايا الفردية. بعد ذلك، يُحدد المستخدم المنطقة (أو المناطق) المراد قياسها بناءً على معايير متعددة، أي المنطقة التي يرغب المستخدم في قياسها. بعد تحديد المنطقة المراد قياسها، تُجمع القياسات. تُحدد هذه القياسات، التي يُشار إليها غالبًا بالخصائص، بنوع البيانات المطلوبة من العينة. تعتمد جميع هذه الخطوات على العديد من الخوارزميات الرياضية، ويُوفر كل برنامج من برامج تحليل الصور مستوىً خاصًا به من المرونة في التعامل مع الخوارزميات الرياضية المستخدمة.

يتطلب البحث في علم الخلايا إدارة كميات هائلة من الصور والبيانات. إذ قد تتراوح أحجام البيانات والصور بسرعة من 11 ميجابايت إلى 1 تيرابايت في أقل من عام، ولذا يعتمد علم الخلايا على قوة المعلوماتية لجمع هذه المعلومات وتنظيمها وأرشفتها. ويتطلب استخراج البيانات بشكل آمن وفعال جمع البيانات الوصفية المرتبطة بها ودمجها في نموذج إدارة البيانات. ^{[ 7 ]} ونظرًا لأهمية إدارة بيانات علم الخلايا، غالبًا ما يتطلب تنفيذ دراسات علم الخلايا تعاونًا بين أقسام تكنولوجيا المعلومات وفريق البحث في علوم الحياة الذي يقود الدراسة.