Студија миша трансплантира неуроне за обнову можданих кругова

Трансплантације неурона поправиле су мождане склопове и значајно нормализовале функцију мишева са поремећајем мозга, што указује да су кључна подручја мозга поправљивија него што се увријежило, према новом истраживању.

Сарадници из четири институције - Универзитета Харвард, Опште болнице у Массацхусеттсу, Медицинског центра за дијагнозу Бет Израел (БИДМЦ) и Медицинске школе Харвард (ХМС) - трансплантирали су нормално функционалне ембрионалне неуроне у пажљиво одабраном стадијуму развоја у хипоталамус мишева који нису могли да одговоре на то. лептин, хормон који регулише метаболизам и контролише телесну тежину.

Ови мутирани мишеви обично постају морбидно гојазни, али трансплантација неурона је поправила оштећене мождане кругове, омогућавајући им да реагују на лептин и добију много мање килограма.

Поправак на ћелијском нивоу хипоталамуса - критичног и сложеног дела мозга који регулише појаве попут глади, метаболизма, телесне температуре и основних понашања као што су секс и агресија - указује на могућност нових терапијских приступа условима попут кичменог стуба повреда кабла, аутизам, епилепсија, АЛС (Лоу Гехригова болест), Паркинсонова болест и Хунтингтонова болест, рекли су истраживачи.

„Постоје само два подручја мозга за која се обично подвргава континуираној масовној неуронској замени током одрасле доби на ћелијском нивоу - такозвана„ неурогенеза “или рађање нових неурона - олфакторна сијалица и субрегион хипокампуса названог зубни гирус, са новим доказима о континуираној неурогенези хипоталамуса у нижем нивоу “, рекао је др Јеффреи Мацклис, професор матичних ћелија и регенеративне биологије на Универзитету Харвард.

„Неурони који се додају током зрелог доба у оба региона су углавном мали и сматра се да делују помало попут контроле јачине звука над одређеном сигнализацијом. Овде смо поново успоставили систем можданих кола на високом нивоу који природно не доживљава неурогенезу и ово је обновило суштински нормалну функцију. "

Друга два аутора су Јеффреи Флиер, декан Харвард Медицал Сцхоол-а, и Маттхев Андерсон, ХМС професор патологије у Бет Исраел.

2005. Флиер је објавио студију која је показала да је експериментални лек подстакао додавање нових неурона у хипоталамусу и понудио потенцијални третман гојазности.

Али док је налаз био упадљив, истраживачи нису били сигурни да ли су нове ћелије функционисале попут природних неурона.

Мацклисова лабораторија је развила приступе трансплантацији неурона у развоју у кола мождане коре мишева са неуродегенерацијом или неуронском повредом. У студији из 2000. године, истраживачи су показали индукцију неурогенезе у можданој кори одраслих мишева, где се она обично не јавља. Иако се чинило да су ови и следећи експерименти анатомски обновили мождане склопове, ниво функције нових неурона је остао неизвестан.

Да би сазнао више, Флиер, стручњак за биологију гојазности, удружио се са Мацклисом, стручњаком за развој и поправку централног нервног система, и Андерсоном, стручњаком за неуронска кола и моделе неуролошких болести миша.

Истраживачи су користили модел миша код којег мозак нема способност да реагује на лептин. Флиер и његова лабораторија дуго су проучавали овај хормон, који посредује хипоталамус. Глуви на сигнал лептина, ови мишеви постају опасно прекомерни.

Претходна истраживања сугерисала су да су четири главне класе неурона омогућиле мозгу да обрађује лептинску сигнализацију. Истраживачи су трансплантирали и проучавали ћелијски развој и интеграцију прогениторних ћелија и врло незрелих неурона из нормалних ембриона у хипоталамус мутираних мишева, користећи више врста ћелијских и молекуларних анализа.

Да би трансплантиране ћелије поставили у тачно тачно подручје хипоталамуса, користили су технику која се назива ултразвучна микроскопија високе резолуције, стварајући оно што је Мацклис назвао „химерни хипоталамус“ - попут животиња са помешаним карактеристикама из грчке митологије.

Затим су истраживачи извршили дубинску електрофизиолошку анализу трансплантираних неурона и њихове функције у кругу приматеља, користећи предности неурона који зелено светлуцају од флуоресцентног протеина медуза који се носи као маркер.

Ови новонастали неурони преживели су процес трансплантације и структурно, молекуларно и електрофизиолошки се развили у четири типа неурона централних за лептинску сигнализацију. Нови неурони су се функционално интегрисали у коло, реагујући на лептин, инсулин и глукозу. Третирани мишеви су сазревали и тежили приближно 30 процената мање од своје необрађене браће и сестара третираних на више алтернативних начина.

Затим су истраживачи истражили у којој су мери ови нови неурони постали повезани у мождане кругове молекуларним анализама, електронском микроскопијом за визуализацију детаља кола и електрофизиологијом патцх-цламп, техником у којој истраживачи користе мале електроде за истраживање карактеристика поједини неурони и парови неурона у детаљима. Будући да су нове ћелије биле означене флуоресцентним ознакама, истраживачи су их могли лако лоцирати.

Истраживачи су открили да су новоразвијени неурони комуницирали са примаоцима путем нормалних синаптичких контаката, а да је мозак заузврат сигнализирао. Реагујући на лептин, инсулин и глукозу, ови неурони су се ефикасно придружили мрежи мозга и преокренули оштећено коло.

„Интересантно је приметити да су ови ембрионални неурони повезани мање прецизно него што би се могло помислити“, рекао је Флиер. „Али изгледа да то није било важно. У одређеном смислу, ови неурони су попут антена које су одмах могле да приме сигнал лептина. Из перспективе енергетског биланса, погађам се да релативно мали број генетски нормалних неурона може тако ефикасно да поправи кола. "

„Откриће да су ове ембрионалне ћелије тако ефикасне у интеграцији са нативним неуронским круговима чини нас прилично узбуђеним због могућности примене сличних техника на друге неуролошке и психијатријске болести од посебног интереса за нашу лабораторију“, рекао је Андерсон.

Истраживачи своја открића називају доказом концепта за ширу идеју да се нови неурони могу посебно интегрисати како би модификовали сложена кола која су оштећена у мозгу сисара.

„Следећи корак за нас је постављање паралелних питања о другим деловима мозга и кичмене мождине, онима који су укључени у АЛС и са повредама кичмене мождине“, рекао је Мацклис. „У овим случајевима, можемо ли обновити склопове у мозгу сисара? Сумњам да можемо. “

Нова студија објављена је у часопису Наука.

Извор: Универзитет Харвард