Peles pētījums Pārstāda neironus smadzeņu ķēžu atjaunošanai
Sadarbības partneri no četrām institūcijām - Hārvardas universitāte, Masačūsetsas Vispārējā slimnīca, Beth Israel Deaconess medicīnas centrs (BIDMC) un Harvardas Medicīnas skola (HMS) - rūpīgi funkcionējošus embrija neironus rūpīgi atlasītā attīstības stadijā pārstādīja peles hipotalāmā, kas nespēj reaģēt uz leptīns, hormons, kas regulē vielmaiņu un kontrolē ķermeņa svaru.
Šīs peles mutantes parasti kļūst slimīgas ar aptaukošanos, bet neironu transplantācijas izlaboja bojātas smadzeņu shēmas, ļaujot tām reaģēt uz leptīnu un iegūt daudz mazāku svaru.
Remonts hipotalāma šūnu līmenī - kritisks un sarežģīts smadzeņu reģions, kas regulē tādas parādības kā izsalkums, vielmaiņa, ķermeņa temperatūra un pamata uzvedība, piemēram, dzimums un agresija - norāda uz jaunu terapeitisku pieeju iespēju tādiem apstākļiem kā mugurkauls vadu traumas, autisms, epilepsija, ALS (Lū Gehriga slimība), Parkinsona slimība un Hantingtona slimība, sacīja pētnieki.
"Ir tikai divas smadzeņu zonas, par kurām ir zināms, ka pieaugušo vecumā šūnu līmenī parasti notiek plaša mēroga neironu nomaiņa - tā sauktā" neiroģenēze "vai jaunu neironu dzimšana - ožas spuldze un hipokampa apakšreģions ko sauc par zobu giru, ar jauniem pierādījumiem par zemāka līmeņa notiekošo neiroģenēzi hipotalāmā, ”sacīja Džefrijs Makliss, MD, Hārvardas universitātes cilmes šūnu un reģeneratīvās bioloģijas profesors.
"Neironi, kas pieaugušā vecumā tiek pievienoti abos reģionos, parasti ir mazi, un tiek uzskatīts, ka tie darbojas mazliet kā skaļuma kontrole pār specifisku signālu. Šeit mēs esam pārveidojuši augsta līmeņa smadzeņu shēmu sistēmu, kurai dabiski nepiedzīvo neiroģenēze, un tā atjaunoja būtībā normālu darbību. "
Divi citi autori šajā dokumentā ir Harvardas Medicīnas skolas dekāns Džefrijs Fliers un Beta Izraēlas HMS patoloģijas profesors Metjū Andersons.
2005. gadā Flier publicēja pētījumu, kas parādīja, ka eksperimentālas zāles izraisīja jaunu neironu pievienošanu hipotalāmā un piedāvāja potenciālu aptaukošanās ārstēšanu.
Bet, kamēr atradums bija pārsteidzošs, pētnieki nebija pārliecināti, vai jaunās šūnas darbojas kā dabiski neironi.
Maklisa laboratorija bija izstrādājusi pieejas neironu transplantēšanai peles smadzeņu garozas ķēdēs ar neirodeģenerāciju vai neironu ievainojumiem. 2000. gada pētījumā pētnieki parādīja neiroģenēzes indukciju pieaugušo peles smadzeņu garozā, kur tas parasti nenotiek. Lai gan šie un pēcpārbaudes eksperimenti anatomiski atjaunoja smadzeņu ķēdes, jauno neironu darbības līmenis palika neskaidrs.
Lai uzzinātu vairāk, Flier, aptaukošanās bioloģijas eksperts, apvienojās ar centrālās nervu sistēmas attīstības un remonta ekspertu Maklisu un neironu shēmu un peļu neiroloģisko slimību modeļu ekspertu Andersonu.
Pētnieki izmantoja peles modeli, kurā smadzenēm trūkst spējas reaģēt uz leptīnu. Lidotājs un viņa laboratorija jau sen ir pētījuši šo hormonu, kura starpniecību ir hipotalāms. Nedzirdīgie līdz leptīna signālam šīm pelēm kļūst bīstami liekais svars.
Iepriekšējie pētījumi liecināja, ka četras galvenās neironu klases ļāva smadzenēm apstrādāt leptīna signālu. Pētnieki transplantēja un pētīja cilmes šūnu un ļoti nenobriedušu neironu no normāliem embrijiem šūnu attīstību un integrāciju peles mutantu hipotalāmā, izmantojot vairāku veidu šūnu un molekulāro analīzi.
Lai transplantētās šūnas ievietotu tieši labajā hipotalāma reģionā, viņi izmantoja tehniku, ko sauc par augstas izšķirtspējas ultraskaņas mikroskopiju, izveidojot to, ko Maklis sauca par “himērisko hipotalāmu” - līdzīgi dzīvniekiem ar jauktām iezīmēm no grieķu mitoloģijas.
Pēc tam pētnieki veica padziļinātu transplantēto neironu un to funkcijas elektrofizioloģisko analīzi saņēmēja ķēdē, izmantojot neironu priekšrocības, kas zaļi mirdz no fluorescējošas medūzas olbaltumvielas, kas pārvadāta kā marķieris.
Šie topošie neironi pārdzīvoja transplantācijas procesu un strukturāli, molekulāri un elektrofizioloģiski attīstījās četros neironu tipos, kas ir centrāli leptīna signālam. Jaunie neironi funkcionāli integrējās ķēdē, reaģējot uz leptīnu, insulīnu un glikozi. Apstrādātās peles nogatavojās un svēra aptuveni par 30 procentiem mazāk nekā viņu neapstrādātie brāļi vai māsas vai māsas, kas ārstētas vairākos dažādos veidos.
Pēc tam pētnieki pētīja, cik lielā mērā šie jaunie neironi bija iekļauti smadzeņu ķēdē, izmantojot molekulārus testus, elektronu mikroskopiju ķēžu detaļu vizualizēšanai un plāksteru skavu elektrofizioloģiju - metodi, kurā pētnieki izmanto mazus elektrodus, lai izpētītu atsevišķi neironi un neironu pāri sīkās detaļās. Tā kā jaunās šūnas bija marķētas ar fluorescējošām etiķetēm, pētnieki varēja tās viegli atrast.
Pētnieki atklāja, ka jaunizveidotie neironi ar normāliem sinaptiskiem kontaktiem sazinājās ar saņēmējiem neironiem un ka smadzenes savukārt signalizēja atpakaļ. Reaģējot uz leptīnu, insulīnu un glikozi, šie neironi bija efektīvi pievienojušies smadzeņu tīklam un no jauna pievienojuši bojāto shēmu.
"Ir interesanti atzīmēt, ka šie embrionālie neironi tika pieslēgti ar mazāku precizitāti, nekā varētu domāt," sacīja Flier. "Bet tas, šķiet, nebija svarīgi. Savā ziņā šie neironi ir kā antenas, kas uzreiz spēja uztvert leptīna signālu. No enerģijas bilances viedokļa esmu pārsteigts, ka salīdzinoši neliels ģenētiski normālu neironu skaits var tik efektīvi salabot shēmas. "
"Atklājums, ka šīs embrija šūnas ir tik efektīvas, lai integrētos ar vietējo neironu ķēdi, mūs ļoti sajūsmina par iespēju piemērot līdzīgas metodes citām neiroloģiskām un psihiatriskām slimībām, kas īpaši interesē mūsu laboratoriju," sacīja Andersons.
Pētnieki savus secinājumus sauc par koncepcijas pierādījumu plašākai idejai, ka jaunie neironi var īpaši integrēties, lai modificētu sarežģītas ķēdes, kurām zīdītāju smadzenēs ir trūkumi.
"Nākamais solis mums ir uzdot paralēlus jautājumus par citām smadzeņu un muguras smadzeņu daļām, tiem, kas iesaistīti ALS un kuriem ir muguras smadzeņu traumas," sacīja Maklis. Vai šajos gadījumos mēs varam atjaunot ķēdes zīdītāju smadzenēs? Man ir aizdomas, ka mēs varam. ”
Jaunais pētījums tika publicēts žurnālā Zinātne.
Avots: Hārvardas universitāte
