Hiire uurimine Siirdab neuroneid aju ahelate taastamiseks
Nelja asutuse - Harvardi ülikooli, Massachusettsi üldhaigla, Beth Israel Deaconessi meditsiinikeskuse (BIDMC) ja Harvardi meditsiinikooli (HMS) - koostööpartnerid siirdasid normaalse funktsioneerimisega embrüonaalsed neuronid hoolikalt valitud arenguetapis hiirte hüpotalamuseks, kes ei suuda reageerida leptiin - hormoon, mis reguleerib ainevahetust ja kontrollib kehakaalu.
Need mutantsed hiired rasvuvad tavaliselt haiglaslikult, kuid neuroni siirdamine parandas defektsed aju ahelad, võimaldades neil leptiinile reageerida ja kaalu palju vähem juurde võtta.
Hüpotalamuse - aju kriitiline ja keeruline piirkond, mis reguleerib selliseid nähtusi nagu nälg, ainevahetus, kehatemperatuur ja põhilised käitumisviisid, nagu sugu ja agressiivsus - rakutasandil parandamine näitab uute terapeutiliste lähenemisviiside võimalust näiteks seljaaju nabavigastus, autism, epilepsia, ALS (Lou Gehrigi tõbi), Parkinsoni tõbi ja Huntingtoni tõbi, ütlesid teadlased.
"On ainult kaks ajupiirkonda, mis läbivad täiskasvanueas raku tasandil tavaliselt pideva ulatusliku neuronite asendamise - nn" neurogeneesi "või uute neuronite sündimise - haistmissibula ja hipokampuse alampiirkonna nimetatakse dentate gyrus'iks, kusjuures ilmnevad tõendid hüpotalamuses toimuva madalama taseme pideva neurogeneesi kohta, "ütles Jarvrey Macklis, MD, Harvardi ülikooli tüvirakkude ja regeneratiivse bioloogia professor.
"Täiskasvanueas mõlemas piirkonnas lisatavad neuronid on üldiselt väikesed ja arvatakse, et need toimivad natuke nagu helitugevuse reguleerimine konkreetse signaalimise üle. Siin oleme ühendanud kõrgetasemelise aju skeemide süsteemi, mis loomulikult neurogeneesi ei koge, ja see taastas sisuliselt normaalse funktsiooni. "
Kaks teist kirjutise autorit on Harvardi meditsiinikooli dekaan Jeffrey Flier ja Bethi Iisraeli HMS-i patoloogiaprofessor Matthew Anderson.
2005. aastal avaldas Flier uuringu, mis näitas, et eksperimentaalne ravim innustas hüpotalamuses lisama uusi neuroneid ja pakkus potentsiaalset rasvumise ravi.
Kuigi leid oli silmatorkav, ei olnud teadlased kindlad, kas uued rakud toimivad nagu looduslikud neuronid.
Macklise labor oli välja töötanud lähenemisviisid arenevate neuronite siirdamiseks neurodegeneratsiooni või närvikahjustusega hiirte ajukoorte skeemidesse. 2000. aasta uuringus näitasid teadlased neurogeneesi esilekutsumist täiskasvanud hiirte ajukoores, kus seda tavaliselt ei esine. Kuigi need ja jätkukatsetused paistsid anatoomiliselt aju skeeme üles ehitama, jäi uute neuronite funktsionaalsuse tase ebakindlaks.
Lisateabe saamiseks tegi rasvumise bioloogia ekspert Flier koostööd kesknärvisüsteemi arendamise ja parandamise eksperdi Macklise ning neuronaalsete skeemide ja hiire neuroloogiliste haiguste mudelite eksperdi Andersoniga.
Teadlased kasutasid hiiremudelit, milles aju puudub võime leptiinile reageerida. Lendur ja tema labor on pikka aega uurinud seda hormooni, mida vahendab hüpotalamus. Kurtid leptiini signaalimise vastu muutuvad need hiired ohtlikult ülekaaluliseks.
Varasemad uuringud olid näidanud, et neli peamist neuroniklassi võimaldasid ajul leptiini signaalimist töödelda. Teadlased siirdasid ja uurisid eellasrakkude ja normaalsetest embrüotest pärit väga ebaküpsete neuronite rakulist arengut ja integreerumist mutantsete hiirte hüpotalamusse, kasutades mitut tüüpi rakulist ja molekulaarset analüüsi.
Siirdatud rakkude paigutamiseks hüpotalamuse täpselt õigesse piirkonda kasutasid nad tehnikat, mida nimetatakse kõrglahutusega ultrahelimikroskoopiaks, luues selle, mida Macklis nimetas kimäärseks hüpotalamuseks - nagu Kreeka mütoloogiast pärit segatunnustega loomad.
Seejärel viisid teadlased läbi siirdatud neuronite ja nende funktsiooni retsipientahelas põhjaliku elektrofüsioloogilise analüüsi, kasutades ära markerina veetava fluorestseeruva meduusivalgu roheliselt helendavaid neuroneid.
Need sündivad neuronid elasid siirdamisprotsessi üle ja arenesid struktuurselt, molekulaarselt ja elektrofüsioloogiliselt neljaks neuroni tüübiks, mis on leptiini signaalimise jaoks kesksed. Uued neuronid integreerusid funktsionaalselt vooluringi, reageerides leptiinile, insuliinile ja glükoosile. Ravitud hiired küpsesid ja kaalusid ligikaudu 30 protsenti vähem kui nende ravimata õed-vennad või mitmel erineval viisil ravitud õed-vennad.
Seejärel uurisid teadlased, kui suures ulatuses olid need uued neuronid aju vooluringidesse ühendatud, kasutades molekulaarseid analüüse, elektronmikroskoopiat ahelate detailide visualiseerimiseks ja plaaster-klambriga elektrofüsioloogiat - tehnikat, milles teadlased kasutavad väikeste elektroodide abil üksikud neuronid ja neuronite paarid üksikasjalikult. Kuna uued rakud olid märgistatud fluorestsentsmärgistega, said teadlased need hõlpsasti leida.
Teadlased leidsid, et äsja arenenud neuronid suhtlesid vastuvõtja neuronitega normaalsete sünaptiliste kontaktide kaudu ja et aju andis omakorda signaali tagasi. Reageerides leptiinile, insuliinile ja glükoosile, olid need neuronid tõhusalt aju võrguga liitunud ja kahjustatud vooluringid uuesti ühendanud.
"Huvitav on märkida, et need embrüonaalsed neuronid ühendati väiksema täpsusega, kui võiks arvata," ütles Flier. "Kuid see ei paistnud olevat oluline. Mõnes mõttes on need neuronid nagu antennid, mis suutsid koheselt leptiinisignaali üles võtta. Energiabilansi vaatenurgast olen tabanud, et suhteliselt väike arv geneetiliselt normaalseid neuroneid suudab vooluahelat nii tõhusalt parandada. "
"Leidmine, et need embrüonaalsed rakud integreeruvad looduslike neuronite skeemidega nii tõhusalt, teeb meid üsna põnevil võimalusest rakendada sarnaseid tehnikaid teiste meie laboratooriumile eriti huvi pakkuvate neuroloogiliste ja psühhiaatriliste haiguste suhtes," ütles Anderson.
Teadlased nimetavad oma avastusi idee tõestuseks laiemale ideele, et uued neuronid saavad integreeruda spetsiaalselt imetaja ajus defektsete keeruliste ahelate modifitseerimiseks.
"Järgmine samm on meie jaoks aju ja seljaaju teiste osade, ALS-iga seotud ja seljaaju vigastustega paralleelsete küsimuste esitamine," ütles Macklis. "Kas nendel juhtudel saame imetaja ajus skeeme taastada? Ma kahtlustan, et saame. "
Uus uuring avaldati ajakirjas Teadus.
Allikas: Harvardi ülikool
