Миша вивчає трансплантацію нейронів для відновлення мозкових ланцюгів
Співробітники чотирьох установ - Гарвардського університету, Масачусетської загальної лікарні, Медичного центру дияконессів Бет Ізраїль (BIDMC) та Гарвардської медичної школи (HMS) - пересадили нормально функціонуючі ембріональні нейрони на ретельно відібраному етапі свого розвитку в гіпоталамус мишей, не здатних реагувати на лептин, гормон, який регулює обмін речовин і контролює масу тіла.
Ці миші-мутанти зазвичай страждають ожирінням, але трансплантація нейронів відновлює дефектні мозкові ланцюги, дозволяючи їм реагувати на лептин і набирати набагато менше ваги.
Ремонт на клітинному рівні гіпоталамуса - критично важкої та складної області мозку, що регулює такі явища, як голод, обмін речовин, температура тіла та основні способи поведінки, такі як стать та агресія - вказує на можливість нових терапевтичних підходів до таких станів, як спинномозкові. травми шнура, аутизм, епілепсія, ALS (хвороба Лу Геріга), хвороба Паркінсона та хвороба Хантінгтона, заявили дослідники.
«Є лише дві області мозку, які, як правило, постійно піддаються широкомасштабній нейрональної заміни в зрілому віці на клітинному рівні - так званий„ нейрогенез “або народження нових нейронів - нюхова цибулина і субрегіон гіпокампу під назвою зубчаста звивина, з новими свідченнями триваючого нейрогенезу нижчого рівня в гіпоталамусі », - сказав Джеффрі Макліс, доктор медичних наук, професор Гарвардського університету з питань стовбурових клітин та регенеративної біології.
«Нейрони, які додаються в дорослому віці в обох регіонах, як правило, незначні, і вважається, що вони діють трохи як регулювання гучності над конкретною сигналізацією. Тут ми переробили систему мозку на високому рівні, яка природним чином не відчуває нейрогенезу, і це відновило практично нормальну функцію ".
Ще двома авторами статті є Джеффрі Флієр, декан Гарвардської медичної школи, та Метью Андерсон, професор патології в Бет Ізраїль.
У 2005 році Флієр опублікував дослідження, яке показало, що експериментальний препарат стимулював додавання нових нейронів у гіпоталамусі та пропонував потенційне лікування ожиріння.
Але хоча знахідка була вражаючою, дослідники не були впевнені, чи функціонують нові клітини як природні нейрони.
Лабораторія Макліса розробила підходи до трансплантації нейронів, що розвиваються, в схему кори головного мозку мишей з нейродегенерацією або пошкодженням нейронів. У дослідженні 2000 року вчені продемонстрували індукцію нейрогенезу в корі головного мозку дорослих мишей, де це зазвичай не відбувається. Незважаючи на те, що ці та подальші експерименти анатомічно відновлювали схему мозку, рівень функціонування нових нейронів залишався невизначеним.
Щоб дізнатись більше, Флієр, фахівець з біології ожиріння, об’єднався з Маклісом, експертом з розвитку та відновлення центральної нервової системи, та Андерсоном, експертом з нейрональних схем та моделей неврологічних захворювань миші.
Дослідники використовували модель миші, в якій мозок не має здатності реагувати на лептин. Флієр та його лабораторія давно вивчали цей гормон, який опосередковується гіпоталамусом. Глухі до сигналу лептину, ці миші отримують небезпечну надмірну вагу.
Попередні дослідження припускали, що чотири основні класи нейронів дозволяли мозку обробляти сигнали про лептин. Дослідники трансплантували та вивчали клітинний розвиток та інтеграцію клітин-попередників та дуже незрілих нейронів із нормальних зародків у гіпоталамус мутантних мишей, використовуючи різні типи клітинного та молекулярного аналізу.
Щоб розмістити трансплантовані клітини точно в правій області гіпоталамуса, вони застосували техніку, яка називається ультразвуковою мікроскопією високої роздільної здатності, створивши, як називав Макліс, «химерний гіпоталамус» - як тварин із змішаними рисами з грецької міфології.
Потім дослідники провели поглиблений електрофізіологічний аналіз трансплантованих нейронів та їх функції в схемі реципієнта, використовуючи перевагу нейронів, що світяться зеленим кольором від флуоресцентного білка медуз, який несеться як маркер.
Ці нейрони, що зароджуються, пережили процес трансплантації і структурно, молекулярно та електрофізіологічно перетворилися на чотири типи нейронів, центральних для сигналізації лептину. Нові нейрони функціонально інтегрувалися в схему, реагуючи на лептин, інсулін та глюкозу. Оброблені миші дозрівали і важили приблизно на 30 відсотків менше, ніж їх необроблені брати та сестри, оброблені різними альтернативними способами.
Потім дослідники дослідили, наскільки ці нові нейрони потрапили в схему мозку, використовуючи молекулярні аналізи, електронну мікроскопію для візуалізації деталей ланцюгів та електрофізіологію з фіксацією затискачів, техніку, в якій дослідники використовують маленькі електроди для дослідження характеристик окремі нейрони та пари нейронів у дрібних деталях. Оскільки нові клітини були позначені флуоресцентними мітками, дослідники могли легко їх знайти.
Дослідники виявили, що нещодавно розроблені нейрони спілкуються з нейронами-реципієнтами за допомогою нормальних синаптичних контактів, і що мозок, у свою чергу, подає сигнал назад. Відповідаючи на лептин, інсулін та глюкозу, ці нейрони ефективно приєдналися до мережі мозку та відновили пошкоджену схему.
"Цікаво відзначити, що ці зародкові нейрони були з'єднані з меншою точністю, ніж можна подумати", - сказав Флієр. "Але, здавалося, це не мало значення. У певному сенсі ці нейрони схожі на антени, які одразу змогли вловити лептиновий сигнал. З точки зору балансу енергії мене вражає, що відносно невелика кількість генетично нормальних нейронів може настільки ефективно відновлювати схему ".
"Висновок про те, що ці ембріональні клітини настільки ефективні при інтеграції з природними нейрональними схемами, викликає у нас велике задоволення від можливості застосування подібних методів до інших неврологічних та психіатричних захворювань, що представляють особливий інтерес для нашої лабораторії", - сказав Андерсон.
Дослідники називають свої висновки доказом концепції ширшої ідеї про те, що нові нейрони можуть інтегруватися спеціально для модифікації складних ланцюгів, дефектних в мозку ссавців.
"Наступним кроком для нас є задання паралельних запитань щодо інших відділів головного та спинного мозку, тих, хто страждає на БАС та мають пошкодження спинного мозку", - сказав Макліс. “У цих випадках, чи можемо ми відновити схему в мозку ссавців? Я підозрюю, що ми можемо ".
Нове дослідження було опубліковане в журналі Наука.
Джерело: Гарвардський університет
