Študija miši presadi nevrone za obnovo možganskih vezij
Sodelavci štirih institucij - Harvard University, Massachusetts General Hospital, Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) in Harvard Medical School (HMS) - so presadili normalno delujoče embrionalne nevrone v skrbno izbrani fazi njihovega razvoja v hipotalamus miši, ki se niso odzvale na leptin, hormon, ki uravnava presnovo in nadzoruje telesno težo.
Te mutirane miši običajno postanejo boleče debele, vendar presaditev nevronov popravi okvarjene možganske vezi, kar jim omogoča, da se odzovejo na leptin in pridobijo veliko manj teže.
Popravilo na celični ravni hipotalamusa - kritičnega in zapletenega področja možganov, ki uravnava pojave, kot so lakota, metabolizem, telesna temperatura in osnovno vedenje, kot sta spol in agresija - kaže na možnost novih terapevtskih pristopov k stanjem, kot je hrbtenica poškodbe vrvi, avtizem, epilepsija, ALS (Lou Gehrigova bolezen), Parkinsonova bolezen in Huntingtonova bolezen, so povedali raziskovalci.
„Obstajata le dva področja možganov, za katera je znano, da se v odrasli dobi na celični ravni običajno stalno nadomeščajo nevroni - tako imenovana„ nevrogeneza “ali rojstvo novih nevronov - vohalna žarnica in podregija hipokampus imenovan dentate gyrus, s pojavljajočimi se dokazi o nenehni nevrogenezi v hipotalamusu na nižji ravni, «je povedal dr. Jeffrey Macklis, profesor za matične celice in regenerativno biologijo na univerzi Harvard.
»Nevroni, ki se dodajo v odrasli dobi v obeh regijah, so na splošno majhni in naj bi delovali podobno kot nadzor glasnosti nad določeno signalizacijo. Tu smo preoblikovali sistem možganskih vezij na visoki ravni, ki naravno ne doživlja nevrogeneze, in to je obnovilo v bistvu normalno funkcijo. "
Druga dva avtorja prispevka sta Jeffrey Flier, dekan Harvardske medicinske šole, in Matthew Anderson, profesor patologije HMS v Beth Israel.
Leta 2005 je Flier objavil študijo, ki je pokazala, da je eksperimentalno zdravilo spodbudilo dodajanje novih nevronov v hipotalamus in ponudilo potencialno zdravljenje debelosti.
Toda medtem ko je bila ugotovitev presenetljiva, raziskovalci niso bili prepričani, ali nove celice delujejo kot naravni nevroni.
Macklisov laboratorij je razvil pristope k presaditvi razvijajočih se nevronov v vezje možganske skorje miši z nevrodegeneracijo ali poškodbo nevronov. V študiji iz leta 2000 so raziskovalci dokazali indukcijo nevrogeneze v možganski skorji odraslih miši, kjer se ta običajno ne pojavi. Čeprav se je zdelo, da so ti in nadaljnji poskusi anatomsko obnovili možgansko vezje, je raven delovanja novih nevronov ostala negotova.
Da bi izvedeli več, se je Flier, strokovnjak za biologijo debelosti, združil z Macklisom, strokovnjakom za razvoj in popravilo centralnega živčnega sistema, in Andersonom, strokovnjakom za nevronska vezja in modele miši nevroloških bolezni.
Raziskovalci so uporabili mišji model, pri katerem možgani nimajo sposobnosti odzivanja na leptin. Flier in njegov laboratorij že dolgo proučujeta ta hormon, ki ga posreduje hipotalamus. Gluhe do signala leptina te miši postanejo nevarno prekomerno težke.
Predhodne raziskave so predlagale, da so štirje glavni razredi nevronov možganom omogočili obdelavo leptinske signalizacije. Raziskovalci so presadili in preučevali celični razvoj in integracijo matičnih celic in zelo nezrelih nevronov iz običajnih zarodkov v hipotalamus mutiranih miši z uporabo več vrst celičnih in molekularnih analiz.
Da bi presadljene celice postavili v točno pravo področje hipotalamusa, so uporabili tehniko, imenovano ultrazvočna mikroskopija visoke ločljivosti, in ustvarili tisto, kar je Macklis imenoval "himerni hipotalamus" - kot živali z mešanimi značilnostmi iz grške mitologije.
Nato so raziskovalci izvedli poglobljeno elektrofiziološko analizo presajenih nevronov in njihove funkcije v prejemniškem vezju, pri čemer so izkoristili nevrone, ki so svetili zeleno iz fluorescentnih beljakovin meduz, ki so bile označene.
Ti novonastajajoči nevroni so preživeli postopek presaditve in se strukturno, molekularno in elektrofiziološko razvili v štiri tipe nevronov, ki so osrednji za signalizacijo leptina. Novi nevroni so se funkcionalno integrirali v vezje in se odzvali na leptin, inzulin in glukozo. Obdelane miši so dozorele in tehtale približno 30 odstotkov manj kot njihovi neobdelani bratje in sestre, zdravljeni na več nadomestnih načinov.
Nato so raziskovalci raziskali, v kolikšni meri so se ti novi nevroni povezali v možgansko vezje z molekularnimi testi, elektronsko mikroskopijo za vizualizacijo podrobnosti vezij in elektrofiziologijo z obližnimi objemkami, tehniko, v kateri raziskovalci uporabljajo majhne elektrode za raziskovanje značilnosti posamezne nevrone in pare nevronov natančno. Ker so bile nove celice označene s fluorescentnimi oznakami, so jih raziskovalci zlahka našli.
Raziskovalci so ugotovili, da so na novo razviti nevroni komunicirali s prejemnimi nevroni prek običajnih sinaptičnih stikov, možgani pa so signalizirali nazaj. Kot odziv na leptin, inzulin in glukozo so se ti nevroni učinkovito pridružili možganski mreži in preoblikovali poškodovano vezje.
"Zanimivo je omeniti, da so bili ti embrionalni nevroni povezani manj natančno, kot bi morda mislili," je dejal Flier. »Vendar se zdi, da to ni pomembno. V nekem smislu so ti nevroni kot antene, ki so takoj lahko zaznale leptinski signal. Z vidika energetske bilance se mi zdi, da lahko sorazmerno majhno število genetsko normalnih nevronov tako učinkovito popravi vezje. "
"Ugotovitev, da se te zarodne celice tako učinkovito integrirajo z naravnim nevronskim vezjem, nas navdušuje nad možnostjo uporabe podobnih tehnik pri drugih nevroloških in psihiatričnih boleznih, ki so še posebej zanimive za naš laboratorij," je dejal Anderson.
Raziskovalci svoje ugotovitve imenujejo dokaz koncepta za širšo idejo, da se lahko novi nevroni integrirajo posebej za spreminjanje zapletenih vezij, ki so okvarjena v možganih sesalcev.
"Naslednji korak je, da vzporedno postavljamo vprašanja o drugih delih možganov in hrbtenjače, tistih, ki so vpleteni v ALS in imajo poškodbe hrbtenjače," je dejal Macklis. »Ali lahko v teh primerih obnovimo vezje v možganih sesalcev? Sumim, da lahko. "
Nova študija je bila objavljena v reviji Znanost.
Vir: Univerza Harvard
