Проучване на мишки за трансплантация на неврони за възстановяване на мозъчните вериги
Сътрудници от четири институции - Харвардския университет, Общата болница в Масачузетс, Медицинския център за диаконеса на Бет Израел (BIDMC) и Медицинското училище в Харвард (HMS) - трансплантираха нормално функциониращи ембрионални неврони на внимателно подбран етап от тяхното развитие в хипоталамуса на мишки, които не могат да реагират на лептин, хормон, който регулира метаболизма и контролира телесното тегло.
Тези мутантни мишки обикновено стават болезнено затлъстяващи, но невроните трансплантират поправени дефектни мозъчни вериги, което им позволява да реагират на лептин и да наддават много по-малко тегло.
Възстановяването на клетъчно ниво на хипоталамуса - критичен и сложен регион на мозъка, който регулира явления като глад, метаболизъм, телесна температура и основно поведение като секс и агресия - показва възможността за нови терапевтични подходи към състояния като гръбначния стълб нараняване на връвта, аутизъм, епилепсия, ALS (болест на Лу Гериг), болест на Паркинсон и болест на Хънтингтън, казват изследователите.
„Има само две области на мозъка, за които обикновено се извършва непрекъснато широкомащабно заместване на невроните по време на зряла възраст на клетъчно ниво - така наречената„ неврогенеза “или раждането на нови неврони - обонятелната крушка и субрегиона на хипокампуса наречен назъбен вихър, с появяващи се доказателства за продължаваща неврогенеза в хипоталамуса на по-ниско ниво ”, каза д-р Джефри Маклис, професор по Харвардския университет по стволови клетки и регенеративна биология
„Невроните, които се добавят по време на зряла възраст и в двата региона, обикновено са малки и се смята, че действат малко като контрол на силата на звука при специфична сигнализация. Тук сме преработили система от мозъчни вериги на високо ниво, която естествено не изпитва неврогенеза, и това възстановява по същество нормалната функция. "
Другите двама автори на статията са Джефри Флиер, декан на медицинското училище в Харвард, и Матю Андерсън, професор по патология в Бет Израел.
През 2005 г. Flier публикува проучване, което показва, че експериментално лекарство стимулира добавянето на нови неврони в хипоталамуса и предлага потенциално лечение на затлъстяването.
Но докато откритието беше поразително, изследователите не бяха сигурни дали новите клетки функционират като естествени неврони.
Лабораторията на Маклис е разработила подходи за трансплантация на развиващите се неврони в схемата на мозъчната кора на мишки с невродегенерация или увреждане на невроните. В проучване от 2000 г. изследователите демонстрират индукция на неврогенеза в мозъчната кора на възрастни мишки, където тя обикновено не се среща. Докато тези и последващи експерименти изглеждаха да възстановят анатомично мозъчната верига, нивото на функциониране на новите неврони остава несигурно.
За да научи повече, Флиер, експерт по биология на затлъстяването, се обедини с Маклис, експерт по развитието и възстановяването на централната нервна система, и Андерсън, експерт по невронални вериги и модели на миши неврологични заболявания.
Изследователите са използвали модел на мишка, при който мозъкът няма способността да реагира на лептина. Флиър и неговата лаборатория отдавна са изучавали този хормон, който се медиира от хипоталамуса. Глухи за сигнала на лептина, тези мишки получават опасно наднормено тегло.
Предишни изследвания предполагат, че четири основни класа неврони позволяват на мозъка да обработва сигнала за лептин. Изследователите трансплантират и изследват клетъчното развитие и интеграция на прогениторни клетки и много незрели неврони от нормални ембриони в хипоталамуса на мутантните мишки, използвайки множество видове клетъчен и молекулярен анализ.
За да поставят трансплантираните клетки в точно десния регион на хипоталамуса, те използват техника, наречена ултразвукова микроскопия с висока разделителна способност, създавайки това, което Маклис нарича „химерен хипоталамус“ - като животните със смесени черти от гръцката митология.
След това изследователите извършиха задълбочен електрофизиологичен анализ на трансплантираните неврони и тяхната функция в схемата на реципиента, като се възползваха от невроните, светещи в зелено от флуоресцентен медузен протеин, носен като маркер.
Тези зараждащи се неврони оцеляват в процеса на трансплантация и се развиват структурно, молекулярно и електрофизиологично в четирите типа неврони, централни за лептиновата сигнализация. Новите неврони се интегрират функционално в схемата, като реагират на лептин, инсулин и глюкоза. Третираните мишки узряват и тежат приблизително 30 процента по-малко от необработените си братя и сестри, третирани по множество алтернативни начини.
След това изследователите проучиха степента, до която тези нови неврони са се включили в мозъчната верига, използвайки молекулярни анализи, електронна микроскопия за визуализиране на детайлите на веригите и електрофизиология на пластирната скоба, техника, при която изследователите използват малки електроди, за да изследват характеристиките на отделни неврони и двойки неврони с фини детайли. Тъй като новите клетки бяха етикетирани с флуоресцентни маркери, изследователите лесно биха могли да ги намерят.
Изследователите установиха, че новоразработените неврони са комуникирали с реципиентните неврони чрез нормални синаптични контакти и че мозъкът от своя страна е подал сигнал обратно. Реагирайки на лептин, инсулин и глюкоза, тези неврони ефективно се присъединиха към мозъчната мрежа и пренасочиха повредената верига.
"Интересно е да се отбележи, че тези ембрионални неврони са свързани с по-малка точност, отколкото може да се мисли", каза Флиер. „Но това изглежда нямаше значение. В известен смисъл тези неврони са като антени, които веднага успяха да вземат лептиновия сигнал. От гледна точка на енергийния баланс ми прави впечатление, че относително малък брой генетично нормални неврони могат толкова ефективно да поправят веригата. "
„Откритието, че тези ембрионални клетки са толкова ефективни при интегрирането с естествените невронални схеми, ни кара да се вълнуваме от възможността да прилагаме подобни техники към други неврологични и психиатрични заболявания от особен интерес за нашата лаборатория“, каза Андерсън.
Изследователите наричат своите открития доказателство за концепцията за по-широката идея, че новите неврони могат да се интегрират специално, за да модифицират сложни вериги, които са дефектни в мозъка на бозайници.
„Следващата стъпка за нас е да зададем паралелни въпроси на други части на мозъка и гръбначния мозък, тези, които са ангажирани с ALS и с увреждания на гръбначния мозък“, каза Маклис. „В тези случаи можем ли да възстановим веригите в мозъка на бозайниците? Подозирам, че можем.
Новото проучване е публикувано в списанието Наука.
Източник: Харвардският университет
