Fare Çalışması Beyin Devrelerini Yeniden Oluşturmak İçin Nöronları Naklediyor

Nöron nakilleri, yeni bir araştırmaya göre, beyin bozukluğu olan farelerde beyin devrelerini onarmış ve işlevi büyük ölçüde normalleştirmiş, bu da beynin kilit bölgelerinin yaygın olarak inanılandan daha fazla onarılabilir olduğunu göstermektedir.

Harvard Üniversitesi, Massachusetts Genel Hastanesi, Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi (BIDMC) ve Harvard Tıp Okulu (HMS) olmak üzere dört kurumdan işbirlikçileri - normal işleyen embriyonik nöronları, gelişimlerinin dikkatle seçilmiş bir aşamasında, yanıt veremeyen farelerin hipotalamusuna naklediyorlardı. leptin, metabolizmayı düzenleyen ve vücut ağırlığını kontrol eden bir hormon.

Bu mutant fareler genellikle morbid şekilde obez hale gelir, ancak nöron transplantları, hatalı beyin devrelerini onararak leptine yanıt vermelerini ve çok daha az kilo almalarını sağladı.

Açlık, metabolizma, vücut ısısı ve cinsiyet ve saldırganlık gibi temel davranışlar gibi olayları düzenleyen beynin kritik ve karmaşık bir bölgesi olan hipotalamusun hücresel düzeyindeki onarım, omurilik gibi durumlara yeni terapötik yaklaşımların olasılığını gösterir. Araştırmacılar, kordon yaralanması, otizm, epilepsi, ALS (Lou Gehrig hastalığı), Parkinson hastalığı ve Huntington hastalığı dedi.

Beynin normalde hücresel düzeyde devam eden büyük ölçekli nöron değişimine maruz kaldığı bilinen sadece iki bölge vardır - sözde 'nörojenez' veya yeni nöronların doğumu - koku soğanı ve hipokampusun alt bölgesi Harvard Üniversitesi'nde kök hücre ve rejeneratif biyoloji profesörü olan Jeffrey Macklis, hipotalamusta daha düşük seviyede devam eden nörogenezin ortaya çıkan kanıtlarıyla birlikte dentat girus olarak adlandırılıyor ”dedi.

Her iki bölgeye de yetişkinlik döneminde eklenen nöronlar genellikle ufaktır ve belirli sinyaller üzerinde biraz ses kontrolü gibi davrandıkları düşünülmektedir. Burada, doğal olarak nörojenez yaşamayan yüksek seviyeli bir beyin devre sistemini yeniden bağladık ve bu, büyük ölçüde normal işlevi geri getirdi. "

Makaledeki diğer iki yazar Harvard Tıp Fakültesi dekanı Jeffrey Flier ve Beth Israel'de HMS patoloji profesörü olan Matthew Anderson.

2005 yılında Flier, deneysel bir ilacın hipotalamusa yeni nöronların eklenmesini teşvik ettiğini ve obezite için potansiyel bir tedavi sunduğunu gösteren bir çalışma yayınladı.

Ancak bulgu çarpıcı olsa da, araştırmacılar yeni hücrelerin doğal nöronlar gibi çalışıp çalışmadığından emin değillerdi.

Macklis'in laboratuvarı, gelişen nöronları, nörodejenerasyon veya nöronal hasar olan farelerin serebral korteksinin devresine nakletmek için yaklaşımlar geliştirmişti. 2000 yılında yapılan bir çalışmada, araştırmacılar yetişkin farelerin serebral korteksinde normalde meydana gelmeyen nörogenez indüksiyonunu gösterdiler. Bu ve takip deneyleri beyin devresini anatomik olarak yeniden inşa ediyor gibi görünse de, yeni nöronların işlev düzeyi belirsiz kaldı.

Daha fazla bilgi edinmek için, obezite biyolojisi uzmanı olan Flier, merkezi sinir sistemi geliştirme ve onarımında uzman olan Macklis ve nöronal devreler ve fare nörolojik hastalık modellerinde uzman olan Anderson ile bir araya geldi.

Araştırmacılar, beynin leptine tepki verme yeteneğinden yoksun olduğu bir fare modeli kullandılar. Flier ve laboratuvarı, hipotalamusun aracılık ettiği bu hormonu uzun süredir inceledi. Leptinin sinyaline sağır olan bu fareler tehlikeli derecede aşırı kilolu hale gelir.

Önceki araştırmalar, dört ana nöron sınıfının beynin leptin sinyalini işlemesini sağladığını ileri sürmüştü. Araştırmacılar, çok sayıda hücresel ve moleküler analiz kullanarak progenitör hücrelerin ve çok olgunlaşmamış nöronların normal embriyolardan mutant farelerin hipotalamusuna hücresel gelişimi ve entegrasyonu üzerinde çalışmışlardır.

Nakledilen hücreleri hipotalamusun tam olarak doğru bölgesine yerleştirmek için, yüksek çözünürlüklü ultrason mikroskobu denen bir teknik kullanarak Macklis'in “kimerik hipotalamus” dediği şeyi yarattılar - Yunan mitolojisinden karışık özelliklere sahip hayvanlar gibi.

Araştırmacılar daha sonra nakledilen nöronların ve alıcı devrelerindeki işlevlerinin derinlemesine elektrofizyolojik analizini gerçekleştirdiler ve bir işaretçi olarak taşınan bir floresan denizanası proteininden yeşil parlayan nöronlardan yararlanarak.

Bu yeni ortaya çıkan nöronlar, transplantasyon sürecinden sağ çıktı ve yapısal, moleküler ve elektrofizyolojik olarak leptin sinyallemesinin merkezindeki dört tip nörona dönüştü. Yeni nöronlar, leptin, insülin ve glikoza yanıt vererek işlevsel olarak devreye entegre edildi. Tedavi edilen fareler olgunlaştı ve tedavi edilmeyen kardeşlerinden veya birçok alternatif yolla tedavi edilen kardeşlerinden yaklaşık yüzde 30 daha az ağırlığa sahipti.

Araştırmacılar daha sonra bu yeni nöronların, moleküler deneyler, devrelerin ayrıntılarını görselleştirmek için elektron mikroskobu ve araştırmacıların küçük elektrotları kullanarak özelliklerini araştırmak için kullandığı bir teknik olan patch-clamp elektrofizyolojisini kullanarak beynin devresine ne ölçüde bağlandığını araştırdılar. bireysel nöronlar ve nöron çiftleri ince ayrıntılarla. Yeni hücreler floresan etiketlerle etiketlendiğinden, araştırmacılar onları kolayca bulabilirdi.

Araştırmacılar, yeni geliştirilen nöronların alıcı nöronlarla normal sinaptik temaslar yoluyla iletişim kurduğunu ve bunun karşılığında beynin de sinyal verdiğini buldu. Leptin, insülin ve glukoza yanıt veren bu nöronlar, beynin ağına etkili bir şekilde katılmış ve hasarlı devreyi yeniden kablolamıştı.

Flier, "Bu embriyonik nöronların, birinin sandığından daha az hassasiyetle bağlandığını not etmek ilginç," dedi. Ama bu önemli görünmüyordu. Bir anlamda, bu nöronlar, leptin sinyalini anında alabilen antenler gibidir. Enerji dengesi perspektifinden bakıldığında, nispeten az sayıda genetik olarak normal nöronun devreyi bu kadar verimli bir şekilde onarabildiğini gördüm. "

Anderson, "Bu embriyonik hücrelerin doğal nöronal devre ile bütünleşmede bu kadar verimli oldukları bulgusu, benzer tekniklerin laboratuvarımıza özel ilgi duyan diğer nörolojik ve psikiyatrik hastalıklara uygulama olasılığı konusunda bizi oldukça heyecanlandırıyor" dedi.

Araştırmacılar, bulgularını, yeni nöronların, bir memeli beyninde kusurlu olan karmaşık devreleri değiştirmek için özel olarak entegre edilebileceğine dair daha geniş bir fikir için bir kavram kanıtı olarak adlandırıyorlar.

Macklis, "Bizim için bir sonraki adım, beynin ve omuriliğin diğer bölümlerine, ALS'ye dahil olanlara ve omurilik yaralanmalarına paralel sorular sormaktır" dedi. "Bu durumlarda, memeli beynindeki devreyi yeniden inşa edebilir miyiz? Yapabileceğimizden şüpheleniyorum. "

Yeni çalışma dergide yayınlandı Bilim.

Kaynak: Harvard Üniversitesi