Нанотехнологии помогают восстанавливать дефектные мозговые цепи у мышей

Нанотехнологии помогают восстанавливать дефектные мозговые цепи у мышей

Согласно новому исследованию, белок, откачиваемый из определенных – но не всех – популяций «вспомогательных» клеток в мозге, известных как астроциты, играет определенную роль в контроле образования связей между необходимыми нейронами. для изучения и формирования новых воспоминаний.

Красный 8,3 астроцитов в позвоночнике мыши. (Изображение предоставлено лабораторией Ротштейна)

Это последнее доказательство было предоставлено исследователями медицины Джона Хопкинса, работающими с тканями человека и мыши.

Исследователи использовали мышей, которые были генетически сконструированы и выращены с меньшим количеством таких соединений, и в конечном итоге провели эксперименты с проверкой концепции. Эти эксперименты показали, что корректирующие белки могут доставляться через наночастицы для замены недостающего белка, необходимого для «ремонта дороги» на неисправной нервной магистрали.

Учитывая, что эти соединительные сети либо повреждены, либо утрачены нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, или конкретными типами умственных недостатков, такими как болезнь Норри, последние результаты могут улучшить усилия по восстановлению и восстановлению сетей и, возможно, восстановить нормальную функцию мозга исследователи.

Результаты исследования были опубликованы в майском выпуске Nature Neuroscience .

Мы смотрим на фундаментальную биологию функционирования астроцитов, но, возможно, обнаружили новую цель для когда-нибудь вмешательства в нейродегенеративные заболевания с помощью новых терапевтических с.

Джеффри Ротштейн, доктор медицинских наук, директор Института наук о мозге им. Джона В. Гриффина и профессор неврологии, Медицинский факультет Университета Джона Хопкинса

Ротштейн продолжил: « хотя астроциты в мозге выглядят одинаково, у нас было предположение, что они могут играть специализированную роль в мозге из-за региональных различий в функции мозга и из-за наблюдаемых изменений при некоторых заболеваниях , Надежда состоит в том, что обучение использованию индивидуальных различий в этих различных популяциях астроцитов может позволить нам направить развитие мозга или даже обратить вспять последствия определенных состояний мозга, и наши текущие исследования развивают эту надежду ».

Астроциты в головном мозге являются опорными клетками, которые служат направляющими для свежих клеток, очищают побочные продукты, возникающие в результате метаболизма клеток мозга, и способствуют химической передаче сигналов.

Конкретный белок астроцитов, называемый глутаматный транспортер-1, был целью команды Ротштейна. Согласно более ранним исследованиям, этот белок был потерян из астроцитов в определенных частях мозга с нейродегенеративными заболеваниями.

Белок, подобный биологическому пылесосу, обычно поглощает глютамат химического «посыльного» из пространств, существующих между нейронами, как только сообщение доставляется в другую клетку. Этот шаг необходим, чтобы закрыть передачу и ингибировать накопление токсичных уровней глутамата.

Когда транспортеры глутамата исчезают из некоторых частей мозга, таких как спинной мозг и моторная кора у людей, страдающих боковым амиотрофическим склерозом (БАС), глутамат остается вокруг в течение гораздо более длительного времени, передавая сообщения, которые чрезмерно стимулируют и уничтожить клетки.

Чтобы понять, как мозг решает, какие типы клеток нуждаются в транспортерах глутамата, Ротштейн и его команда сконцентрировались на области ДНК перед геном, которая обычно регулирует двухпозиционное переключение, необходимое для производства белка. Мыши были генетически сконструированы так, чтобы светиться красным в каждой клетке, где стимулируется ген.

Транспортер глутамата обычно включен во всех астроцитах. Тем не менее, все клетки и нейроны в мозге светились красным, когда исследователи применили 1000–7000-битные сегменты кода ДНК от выключателя для транспортера глутамата.

Когда исследователи попытались найти наибольшую последовательность из 8,300-битного кода ДНК с этого сайта, они начали наблюдать некоторую селекцию в красных клетках. Все такие эритроциты были астроцитами, но только в определенных слоях коры головного мозга у мышей.

Поскольку эти «8,3 красных астроцита» могут быть идентифицированы, исследователи полагали, что эти клетки могут иметь определенную функцию, которая отличается от других астроцитов, присутствующих в мозге. Чтобы определить точную функцию этих 8,3 красных астроцитов в мозге, ученые использовали машину для сортировки клеток, чтобы изолировать красные астроциты от неокрашенных эквивалентов в корковой ткани головного мозга мыши.

Впоследствии они определили тип генов, которые были включены относительно выше, чем нормальные уровни в красных астроцитах по сравнению с неокрашенными клеточными популяциями. Было обнаружено, что 8,3 красных астроцита включают повышенный уровень гена, кодирующего норрин – другой вид белка.

Нейроны нормального мозга мыши были взяты, а затем обработаны норрином. В конечном итоге исследователи обнаружили, что в этих нейронах растет больше расширений или «ветвей», используемых для отправки химических сообщений между клетками головного мозга.

Когда исследователи наблюдали мозг мышей, которые были генетически спроектированы без Норрина, они обнаружили, что у этих нейронов было меньше ветвей по сравнению со здоровыми животными, которые сделали Норрин, сообщил Ротштейн

.

В другой серии экспериментов исследователи взяли код ДНК для Норрина, а также 8 300 «локационных» ДНК, а затем организовали их в доставляемые наночастицы. Когда наночастицы норрина были введены в мозг мышей, созданных с учетом отсутствия норрина, нейроны этих мышей начали быстро расти еще на нескольких ветвях – процесс, указывающий на восстановление нейронных сетей. Эти эксперименты были также повторены с человеческими нейронами.

Ротштейн заметил, что мутации белка Норрин, которые снижают уровни белка у людей, могут привести к болезни Норри – редкому генетическому заболеванию, которое может вызвать умственную отсталость, а также слепоту в младенчестве.

Так как исследователи смогли вырастить новые ветви для общения, они считают, что Норрин, возможно, можно будет использовать для лечения определенных типов умственных расстройств, таких как болезнь Норри, в будущем.

Затем ученые изучают, сможет ли Норрин восстановить соединения в мозге животных моделей, демонстрирующих нейродегенеративные заболевания. Ротштейн и Миллер подали патент на Норрина в рамках подготовки к потенциальному успеху.

Другими авторами публикации являются Шон Миллер, Томас Филипс, Намхо Ким, Раха Дастгейб, Чжуоксун Чен, И-Чун Се, Дж. Гэвин Дейгл, Джинни Чу, Светлана Виденская, Жаклин Фам, Этан Хьюз, Майкл Робинсон, Рита Саттлер, Юнг Су Сук, Дуайт Берглс, Норман Хоги, Михаил Плетников и Джастин Хейнс из Джонса Хопкинса, а также Малика Датта и Раджу Томер из Колумбийского университета.

Исследование финансировалось за счет грантов Программы исследований стипендиатов Национального научного фонда и Национального института неврологических расстройств и инсульта (R01NS092067, R01NS094239).

Источник: https://www.hopkinsmedicine.org/

Source link