Studija miša presađuje neurone za obnovu moždanih krugova
Suradnici iz četiri institucije - Sveučilišta Harvard, Opće bolnice Massachusetts, Medicinskog centra za dijagnozu Beth Israel (BIDMC) i Medicinskog fakulteta Harvard (HMS) - transplantirali su normalno funkcionirajuće embrionalne neurone u pažljivo odabranoj fazi njihovog razvoja u hipotalamus miševa koji nisu mogli odgovoriti na leptin, hormon koji regulira metabolizam i kontrolira tjelesnu težinu.
Ti mutirani miševi obično postaju bolesno pretili, ali transplantacija neurona popravi neispravne moždane krugove, omogućujući im da reagiraju na leptin i dobiju puno manje kilograma.
Popravak na staničnoj razini hipotalamusa - kritične i složene regije mozga koja regulira pojave poput gladi, metabolizma, tjelesne temperature i osnovnih ponašanja poput seksa i agresije - ukazuje na mogućnost novih terapijskih pristupa uvjetima poput kralježnice ozljeda kabela, autizam, epilepsija, ALS (Lou Gehrigova bolest), Parkinsonova bolest i Huntingtonova bolest, rekli su istraživači.
„Postoje samo dva područja mozga za koja je poznato da se normalno podvrgavaju kontinuiranoj velikoj neuronskoj zamjeni tijekom odrasle dobi na staničnoj razini - takozvana„ neurogeneza “ili rođenje novih neurona - njušna žarulja i subregija hipokampusa nazvan nazubljeni girus, s novim dokazima o kontinuiranoj neurogenezi u hipotalamusu na nižoj razini, ”rekao je dr. Jeffrey Macklis, profesor matičnih stanica i regenerativne biologije sa Sveučilišta Harvard.
“Neuroni koji se dodaju tijekom odrasle dobi u obje regije uglavnom su mali i smatra se da djeluju poput kontrola glasnoće nad određenim signaliziranjem. Ovdje smo preoblikovali sustav moždanih sklopova na visokoj razini koji prirodno ne doživljava neurogenezu i ovo je obnovilo u biti normalnu funkciju. "
Dvoje drugih autora u radu su Jeffrey Flier, dekan Medicinskog fakulteta Harvard i Matthew Anderson, profesor patologije HMS-a u Beth Israel.
2005. Flier je objavio studiju koja je pokazala da je eksperimentalni lijek potaknuo dodavanje novih neurona u hipotalamusu i ponudio potencijalno liječenje pretilosti.
No dok je nalaz bio zapanjujući, istraživači nisu bili sigurni funkcioniraju li nove stanice poput prirodnih neurona.
Macklisov laboratorij razvio je pristupe transplantaciji neurona u razvoju u sklop moždane kore miševa s neurodegeneracijom ili ozljedom neurona. U studiji iz 2000. godine, istraživači su pokazali indukciju neurogeneze u moždanoj kori odraslih miševa, gdje se ona inače ne događa. Iako se činilo da su ti i sljedeći eksperimenti anatomski obnovili moždane sklopove, razina funkcije novih neurona ostala je neizvjesna.
Da bi saznao više, Flier, stručnjak za biologiju pretilosti, udružio se s Macklisom, stručnjakom za razvoj i popravak središnjeg živčanog sustava, i Andersonom, stručnjakom za neuronske sklopove i modele neuroloških bolesti miša.
Istraživači su koristili model miša u kojem mozak nema sposobnost reagiranja na leptin. Flier i njegov laboratorij dugo su proučavali ovaj hormon, koji posreduje hipotalamus. Gluhi na signal leptina, ti miševi postaju opasno prekomjerno težinski.
Prethodna istraživanja sugerirala su da su četiri glavne klase neurona omogućile mozgu da obrađuje leptinsku signalizaciju. Istraživači su transplantirali i proučavali stanični razvoj i integraciju matičnih stanica i vrlo nezrelih neurona iz normalnih embrija u hipotalamus mutiranih miševa, koristeći više vrsta staničnih i molekularnih analiza.
Da bi transplantirane stanice smjestili u točno ono pravo područje hipotalamusa, koristili su tehniku nazvanu ultrazvučna mikroskopija visoke rezolucije, stvarajući ono što je Macklis nazvao "himernim hipotalamusom" - poput životinja s mješovitim obilježjima iz grčke mitologije.
Zatim su istraživači izveli dubinsku elektrofiziološku analizu transplantiranih neurona i njihove funkcije u krugu primatelja, koristeći prednosti neurona koji zeleno svijetle od fluorescentnog proteina meduza koji se nosi kao marker.
Ti su novonastali neuroni preživjeli proces transplantacije i strukturno, molekularno i elektrofiziološki se razvili u četiri vrste neurona središnjih za leptinsku signalizaciju. Novi neuroni su se funkcionalno integrirali u sklop, reagirajući na leptin, inzulin i glukozu. Liječeni miševi sazrijevali su i težili približno 30 posto manje od svoje neobrađene braće i sestara koji su tretirani na više alternativnih načina.
Zatim su istraživači istražili u kojoj su mjeri ti novi neuroni postali povezani u moždani krug molekularnim analizama, elektronskom mikroskopijom za vizualizaciju detalja sklopova i elektrofiziologijom patch-clamp, tehnikom u kojoj istraživači koriste male elektrode za istraživanje karakteristika pojedini neuroni i parovi neurona u detaljima. Budući da su nove stanice bile označene fluorescentnim pločicama, istraživači su ih mogli lako locirati.
Znanstvenici su otkrili da su novorazvijeni neuroni komunicirali s primateljima kroz normalne sinaptičke kontakte, a da je mozak zauzvrat signalizirao. Reagirajući na leptin, inzulin i glukozu, ti su se neuroni učinkovito pridružili mreži mozga i preoblikovali oštećeni sklop.
"Zanimljivo je primijetiti da su ovi embrionalni neuroni povezani manje precizno nego što bi se moglo pomisliti", rekao je Flier. “Ali čini se da to nije važno. U određenom smislu, ti su neuroni poput antena koje su odmah mogle pokupiti leptinski signal. Iz perspektive energetske ravnoteže, pogađa me da relativno mali broj genetski normalnih neurona može tako učinkovito popraviti sklop. "
"Otkriće da su ove embrionalne stanice toliko učinkovite u integraciji s nativnim neuronskim krugovima čini nas prilično uzbuđenima zbog mogućnosti primjene sličnih tehnika na druge neurološke i psihijatrijske bolesti od posebnog interesa za naš laboratorij", rekao je Anderson.
Istraživači svoja otkrića nazivaju dokazom koncepta šire ideje da se novi neuroni mogu posebno integrirati kako bi modificirali složene sklopove koji su oštećeni u mozgu sisavca.
"Sljedeći korak za nas je postavljanje paralelnih pitanja o drugim dijelovima mozga i leđne moždine, onima koji su uključeni u ALS i s ozljedama leđne moždine", rekao je Macklis. „U tim slučajevima, možemo li obnoviti sklopove u mozgu sisavaca? Sumnjam da možemo. "
Nova studija objavljena je u časopisu Znanost.
Izvor: Sveučilište Harvard
