Egérvizsgálat Neuronokat transzplantál az agyi áramkörök újjáépítéséhez
Négy intézmény - a Harvard Egyetem, a Massachusettsi Általános Kórház, a Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) és a Harvard Medical School (HMS) - munkatársai - fejlődésük gondosan kiválasztott szakaszában - normálisan működő embrionális idegsejteket ültettek át azoknak az egereknek a hipotalamuszába, amelyek nem tudnak reagálni. leptin, az anyagcserét szabályozó és a testsúlyt szabályozó hormon.
Ezek a mutáns egerek általában kórosan elhíznak, de az idegsejt-transzplantációk megjavították a hibás agyi áramköröket, lehetővé téve számukra, hogy reagáljanak a leptinre és sokkal kevesebb súlyt nyerjenek.
A hipotalamusz - az agy kritikus és összetett régiója, amely olyan jelenségeket szabályoz, mint az éhség, az anyagcsere, a testhőmérséklet, valamint az alapvető viselkedésmódok, például a szex és az agresszió - sejtek szintjén történő helyrehozás jelzi az olyan új terápiás megközelítések lehetőségét, mint a gerinc kábelkárosodás, autizmus, epilepszia, ALS (Lou Gehrig-kór), Parkinson-kór és Huntington-kór - mondták a kutatók.
„Az agynak csak két olyan területe van, amelyről ismert, hogy felnőttkorban sejtszinten normál körülmények között folyamatos nagymértékű neuronpótlást hajt végre - ún.„ Neurogenezis ”vagy új idegsejtek születése - a szaglógumó és a hippocampus alrégiója foghíjas gyrusnak hívják, és a hipotalamusz alacsonyabb szintű folyamatos neurogenezisének újabb bizonyítékai vannak ”- mondta Jeffrey Macklis, MD, a Harvard Egyetem őssejt- és regeneratív biológiai professzora.
„A felnőttkorban mindkét régióban hozzáadott idegsejtek általában kicsik, és úgy gondolják, hogy kissé úgy működnek, mint a hangerő szabályozása a specifikus jelzés felett. Itt egy olyan magas szintű agyi áramköri rendszert hoztunk létre, amely természetesen nem tapasztalja a neurogenezist, és ez visszaállította a lényegében normális működést. "
A papír két másik szerzője Jeffrey Flier, a Harvard Medical School dékánja és Matthew Anderson, a HMS patológus professzora a Beth Israel-ben.
2005-ben a Flier publikált egy tanulmányt, amely kimutatta, hogy egy kísérleti gyógyszer új neuronok hozzáadását ösztönözte a hipotalamuszban, és potenciális kezelést kínált az elhízás kezelésére.
De bár a megállapítás feltűnő volt, a kutatók nem voltak biztosak abban, hogy az új sejtek természetes idegsejtként működnek-e.
Macklis laboratóriuma kidolgozta a fejlődő idegsejtek átültetését neurodegenerációval vagy idegsejt sérüléssel szenvedő egerek agykéregének áramkörébe. Egy 2000-es tanulmányban a kutatók neurogenezist indukáltak a felnőtt egerek agykéregében, ahol ez általában nem fordul elő. Míg ezek és az utánkövetési kísérletek anatómiailag újjáépítették az agyi áramköröket, az új idegsejtek működési szintje bizonytalan maradt.
Ha többet szeretne megtudni, Flier, az elhízás biológiájának szakértője Macklisszel, a központi idegrendszer fejlesztésének és helyreállításának szakértőjével, valamint Andersonral, a neuronális áramkörök és az egér neurológiai betegségek modelljének szakértőjével állt össze.
A kutatók olyan egérmodellt használtak, amelyben az agy nem képes reagálni a leptinre. Flier és laboratóriuma régóta tanulmányozza ezt a hormont, amelyet a hipotalamusz közvetít. Süket a leptin jelzésére, ezek az egerek veszélyesen túlsúlyossá válnak.
Korábbi kutatások arra utaltak, hogy a neuronok négy fő osztálya tette lehetővé az agy számára a leptin jelátvitel feldolgozását. A kutatók átültették és tanulmányozták a normál embriókból származó őssejtek és nagyon éretlen idegsejtek sejtek fejlődését és integrációját a mutáns egerek hipotalamuszába, többféle sejtes és molekuláris elemzés segítségével.
Az átültetett sejtek pontosan a hipotalamusz megfelelő régiójába helyezéséhez nagy felbontású ultrahangos mikroszkópia nevű technikát alkalmaztak, megalkotva azt, amit Macklis „kiméra hipotalamusznak” nevezett - hasonlóan a görög mitológiából vegyes tulajdonságokkal rendelkező állatokhoz.
Ezután a kutatók mélyreható elektrofiziológiai elemzést végeztek az átültetett idegsejtekről és azok működéséről a befogadó áramkörben, kihasználva a markerként hordozott fluoreszcens medúzafehérjéből zölden izzó neuronokat.
Ezek a kialakuló idegsejtek túlélték a transzplantációs folyamatot, és strukturálisan, molekulárisan és elektrofiziológiailag fejlődtek a leptin szignalizáció szempontjából központi idegsejtek négy típusává. Az új idegsejtek funkcionálisan integrálódtak az áramkörbe, reagálva a leptinre, az inzulinra és a glükózra. A kezelt egerek érése és súlya körülbelül 30 százalékkal kisebb volt, mint kezeletlen testvéreikkel vagy testvéreikkel, akiket többféle módon kezeltek.
A kutatók ezután molekuláris vizsgálatok, elektronmikroszkópia segítségével az áramkörök részleteinek megjelenítéséhez és patch-clamp elektrofiziológiával vizsgálták ezeket az új idegsejteket az agy áramkörébe, egy olyan technikát, amelyben a kutatók kisméretű elektródákat használnak a egyes idegsejtek és idegpárok nagyon részletesen. Mivel az új sejteket fluoreszcens címkékkel látták el, a kutatók könnyen megtalálhatták őket.
A kutatók megállapították, hogy az újonnan kifejlesztett idegsejtek normális szinaptikus kapcsolatokon keresztül kommunikáltak a befogadó idegsejtekkel, és az agy viszont visszajelzett. A leptinre, az inzulinra és a glükózra reagálva ezek az idegsejtek hatékonyan csatlakoztak az agy hálózatához, és újra bekötötték a sérült áramkört.
"Érdekes megjegyezni, hogy ezeket az embrionális idegsejteket kevesebb pontossággal hozták be, mint gondolnánk" - mondta Flier. - De úgy tűnt, ez nem számít. Bizonyos értelemben ezek a neuronok olyanok, mint az antennák, amelyek azonnal képesek voltak felvenni a leptin jelet. Energiamérleg szempontjából meglepődtem, hogy viszonylag kevés genetikailag normális idegsejt képes ilyen hatékonyan helyrehozni az áramkört. "
"Az a megállapítás, hogy ezek az embrionális sejtek annyira hatékonyan integrálódnak a natív idegsejt áramkörökbe, eléggé izgatottá tesz bennünket abban, hogy hasonló technikákat alkalmazhatunk más, a laboratóriumunk számára különösen érdekes neurológiai és pszichiátriai betegségekre is" - mondta Anderson.
A kutatók megállapításaik annak a tágabb elképzelésnek a koncepció bizonyítékának nevezik, hogy az új idegsejtek kifejezetten integrálódhatnak az emlős agyában hibás komplex áramkörök módosítására.
"A következő lépés számunkra az agy és a gerincvelő más részeinek, az ALS-ben részt vevőknek és a gerincvelő sérüléseinek párhuzamos kérdése." - mondta Macklis. „Ezekben az esetekben felújíthatjuk-e az emlős agy áramkörét? Gyanítom, hogy megtehetjük.
Az új tanulmány a folyóiratban jelent meg Tudomány.
Forrás: Harvard Egyetem
