胚胎干细胞如何决定它是成为心脏细胞还是肾脏细胞?这是计算生物学家MariaMircea攻读博士学位时研究的问题。研究。她观察了单个细胞的内部，以分析它们是如何变化的。这是她的发现。

通过单细胞方法和数学模型揭示细胞命运决定

“一个细胞就像一个孩子一样开始，可以成为他们想要的任何东西，”Mircea说。“通过学习和职业选择，把选择范围缩小到成为专业人士。这条路叫做轨迹。”

蛋白质作为细胞中的雇员

正是细胞中的蛋白质影响了这条轨迹中的分支。“蛋白质就像一家公司的员工，每个人都有不同的工作要做。胚胎细胞内部就像一家初创公司：它必须对其结构和员工做出许多改变，直到它成为一个良好的——成立公司。”测量每一种蛋白质将是了解细胞如何变化的最终方法，但这目前还不可能。相反，Mircea研究了一种不同的成分：核糖核酸或RNA。

她解释说，“DNA包含携带创建蛋白质指令的基因。存储在DNA中的信息会传递给RNA。”RNA看起来像DNA，但具有单螺旋而不是双螺旋。然后细胞读出RNA以构建蛋白质。“因此，研究RNA也可以用来分析细胞的变化。”

Mircea开发了一种计算方法，可以使用单个细胞的所有RNA数据来识别细胞类型。“与以前的方法相比，这是一个很大的改进，以前的方法只看细胞的样子或使用一小组蛋白质。”

使用人体细胞测试药物

这种关于细胞特化的信息在制作所谓的类器官模型时很有用。这些模型是在实验室中培养的细胞的混合物，它们共同模拟了真实的器官。Mircea与LUMC合作研究了心脏的类器官模型。制作逼真的类器官模型有一个明显的好处：“它们对于测试药物非常有用，而不会干扰人类或对动物进行测试。”

她补充说，未来这项研究还可以用于个性化医疗：“例如，你可以将患者的皮肤细胞转化为具有干细胞特征的细胞。然后你可以将它们转化为任何细胞“类型。这些细胞可用于测试患者对某些药物的反应。但我们还没有完全做到这一点。”

神经网络

作为实验组中为数不多的理论家之一，Mircea还想开发数学模型来描述干细胞的发育过程。她澄清说：“我想将神经网络的计算能力与描述细胞中发生变化的生物物理学原理的机械模型结合起来。然后你就有了一个物理知识的深度神经网络，帮助我们理解细胞发育过程中基因之间的相互作用”

但她在博士期间最享受的方面是什么?“与生物学家的互动。作为一名数学家，我真的很喜欢直接与生物学家合作，了解干细胞和湿实验室。”

Mircea将于12月20日为其题为“通过单细胞方法和数学模型揭示细胞命运决定”的论文进行答辩。