Pelės tyrimas persodina neuronus smegenų grandinėms atstatyti

Neuronų transplantacijos pataisė smegenų schemas ir iš esmės normalizavo pelių, turinčių smegenų sutrikimą, funkciją, o tai rodo, kad pagrindinės smegenų sritys yra labiau pataisomos, nei buvo plačiai manoma, rodo nauji tyrimai.

Bendradarbiai iš keturių įstaigų - Harvardo universiteto, Masačusetso bendrosios ligoninės, Beth Israel Deaconess medicinos centro (BIDMC) ir Harvardo medicinos mokyklos (HMS) - kruopščiai parinktame jų vystymosi etape normaliai veikiančius embrioninius neuronus persodino į pelių, negalinčių reaguoti, pagumburį. leptinas - hormonas, reguliuojantis medžiagų apykaitą ir kontroliuojantis kūno svorį.

Šios mutantinės pelės paprastai tampa liguistai nutukusios, tačiau neuronų transplantacijos ištaisė defektines smegenų grandines, suteikdamos joms galimybę reaguoti į leptiną ir priaugti daug mažiau svorio.

Remontas ląstelių lygiu pagumburio - kritinis ir sudėtingas smegenų regionas, reguliuojantis tokius reiškinius kaip alkis, medžiagų apykaita, kūno temperatūra ir pagrindinis elgesys, pvz., Lytis ir agresija - rodo naujų terapinių metodų galimybę tokioms sąlygoms kaip stuburas laido pažeidimas, autizmas, epilepsija, ALS (Lou Gehrigo liga), Parkinsono liga ir Huntingtono liga, teigė mokslininkai.

„Yra tik dvi smegenų sritys, kurios, būdamos suaugusios, paprastai vykdo didelio masto neuronų pakaitalą ląstelių lygmeniu - vadinamoji„ neurogenezė “arba naujų neuronų gimimas - uoslės svogūnėlis ir hipokampo subregionas. vadinamas dantytasis gyrus, turint naujų įrodymų, kad hipotalamyje vyksta žemesnio lygio neurogenezė “, - sakė Jeffrey Macklis, MD, Harvardo universiteto kamieninių ląstelių ir regeneracinės biologijos profesorius.

„Neuronai, kurie suaugusiųjų amžiuje pridedami abiejuose regionuose, paprastai yra nedideli ir manoma, kad jie veikia šiek tiek panašiai kaip specifinio signalo stiprumo kontrolė. Čia mes sujungėme aukšto lygio smegenų schemų sistemą, kuri natūraliai nepatiria neurogenezės, ir tai atstatė iš esmės normalią funkciją “.

Du kiti šio straipsnio autoriai yra Jeffrey Flier, Harvardo medicinos mokyklos dekanas, ir Matthew Andersonas, HMS patologijos profesorius Beth Israel.

2005 m. „Flier“ paskelbė tyrimą, kuris parodė, kad eksperimentinis vaistas paskatino pagumburyje pridėti naujų neuronų ir pasiūlė galimą nutukimo gydymą.

Tačiau nors išvada buvo stulbinanti, mokslininkai nebuvo tikri, ar naujos ląstelės veikia kaip natūralūs neuronai.

Macklio laboratorija sukūrė metodus besivystantiems neuronams persodinti į pelių, turinčių neurodegeneraciją ar neuronų pažeidimą, smegenų žievės grandinę. 2000 m. Atlikto tyrimo metu mokslininkai parodė neurogenezės sukėlimą suaugusių pelių smegenų žievėje, kur tai paprastai nevyksta. Nors šie ir tolesni eksperimentai anatomiškai atstatė smegenų grandinę, naujų neuronų funkcijos lygis liko neaiškus.

Norėdami sužinoti daugiau, Flier, nutukimo biologijos ekspertas, susivienijo su centrinės nervų sistemos vystymo ir taisymo ekspertu Mackliu ir neuronų grandinių bei pelių neurologinių ligų modelių ekspertu Andersonu.

Tyrėjai naudojo pelės modelį, kuriame smegenys neturi galimybių reaguoti į leptiną. Skraidyklė ir jo laboratorija ilgai tyrė šį hormoną, kurį tarpininkauja pagumburis. Kurtiesiems dėl leptino signalizacijos šios pelės tampa pavojingai antsvorio.

Ankstesni tyrimai parodė, kad keturios pagrindinės neuronų klasės leido smegenims apdoroti leptino signalizaciją. Mokslininkai persodino ir ištyrė kamieninių ląstelių ir labai nesubrendusių neuronų iš normalių embrionų ląstelių vystymąsi ir integraciją į mutantų pelių pagumburį, naudodamiesi kelių tipų ląstelių ir molekulių analize.

Norėdami patalpinti persodintas ląsteles tiksliai dešiniajame pagumburio regione, jie naudojo metodą, vadinamą didelės skiriamosios gebos ultragarso mikroskopija, sukurdami tai, ką Macklis vadino „chimeriniu hipotalamu“ - kaip gyvūnai, turintys mišrių bruožų iš graikų mitologijos.

Tuomet mokslininkai atliko išsamią transplantuotų neuronų ir jų funkcijos recipiento grandinėje elektrofiziologinę analizę, pasinaudodami neuronais, šviečiančiais žaliai iš fluorescuojančio medūzos baltymo, nešamo kaip žymekliu.

Šie gimę neuronai išgyveno transplantacijos procesą ir struktūriškai, molekuliškai ir elektrofiziologiškai išsivystė į keturių tipų neuronus, kurie yra centriniai leptino signalizacijai. Naujieji neuronai funkciškai integravosi į grandinę, reaguodami į leptiną, insuliną ir gliukozę. Gydytos pelės subrendo ir sveria maždaug 30 procentų mažiau nei jų negydytos broliai ar seserys, gydyti įvairiais būdais.

Tada mokslininkai ištyrė, kiek šie nauji neuronai buvo prijungti prie smegenų grandinės, naudodami molekulinius tyrimus, elektronų mikroskopiją, kad būtų galima vizualizuoti grandinių detales, ir elektrofiziologiją su pleistru-spaustuku - technika, kai tyrėjai naudoja mažus elektrodus, kad ištirtų atskiri neuronai ir neuronų poros smulkiai. Kadangi naujosios ląstelės buvo pažymėtos fluorescuojančiomis etiketėmis, tyrėjai galėjo lengvai jas surasti.

Tyrėjai nustatė, kad naujai sukurti neuronai perduodami neuronams recipientams per normalius sinapsinius kontaktus, o smegenys savo ruožtu signalizavo atgal. Reaguodami į leptiną, insuliną ir gliukozę, šie neuronai efektyviai prisijungė prie smegenų tinklo ir vėl sujungė pažeistą grandinę.

"Įdomu pažymėti, kad šie embrioniniai neuronai buvo prijungti mažiau tiksliai, nei galima pagalvoti", - sakė Flier. „Bet tai neatrodė svarbu. Tam tikra prasme šie neuronai yra tarsi antenos, kurios iškart sugebėjo paimti leptino signalą. Žvelgiant iš energijos pusiausvyros perspektyvos, nustebau, kad palyginti nedaug genetiškai normalių neuronų gali taip efektyviai ištaisyti grandinę “.

"Išvada, kad šios embrioninės ląstelės taip efektyviai integruojasi į vietinę neuronų grandinę, mus labai jaudina dėl galimybės taikyti panašius metodus kitoms neurologinėms ir psichiatrinėms ligoms, kurios ypač domina mūsų laboratoriją", - sakė Andersonas.

Mokslininkai išvadas vadina platesnės idėjos, kad nauji neuronai gali integruotis, modifikuoti sudėtingas grandines, kurios trūksta žinduolio smegenyse, koncepcijos įrodymu.

"Kitas mūsų žingsnis yra užduoti lygiagrečius klausimus apie kitas smegenų ir nugaros smegenų dalis, dalyvaujančius ALS ir turinčius nugaros smegenų pažeidimus", - sakė Macklis. „Ar šiais atvejais galime atstatyti žinduolio smegenų schemas? Įtariu, kad galime “.

Naujas tyrimas buvo paskelbtas žurnale Mokslas.

Šaltinis: Harvardo universitetas