Mozek je jako ekosystém – tisíce různých typů buněk Připojte se k vytvoření jednoho velkého, vzájemně závislého webu. A stejně jako biologové dokumentují druhy rostlin a zvířat, neurovědci strávili desetiletí identifikací různých „druhů“ neuronů a jiných mozkových buněk, které je podporují. Našli více než Po celém mozku se šíří 3 000 typů buněkvčetně lustrových neuronů obklopených větvením ramen, pyramidálních neuronů s dalekosáhlými nervovými vlákny a astrocyty ve tvaru hvězd, které pomáhají neuronů vytvářet nové spojení mezi sebou.
Tato nově objevená rozmanitost není jen krásným obrázkem pro neurovědkyně – je také klíčem k pochopení toho, jak mozek funguje a co se u některých mozkových chorob pokazí. Z Parkinsonova choroba na schizofrenieMnoho poruch mozku pramení z specifických typů mozkových buněk.
„Dokud jsem dělal neurovědu, bylo cílem vědců mít nástroje zaměřené na mozek buněk,“ říká Jonathan Ting z Allen Institute, neziskové výzkumné centrum v Seattlu. Nyní je mají v piky. Ve flotile osmi studií financovaných Národními ústavy a zveřejněných minulý týden vědci z 29 výzkumných institucí nalezen a testováno více než 1 000 nový způsoby Do domov na konkrétních typech buněk, bez ohledu na to, kde jsou v mozku.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Technika těchto nástrojů používá viry bez onemocnění (nazývané adeno-asociované viry nebo AAV) k dodávání genů přímo do specifických neuronů. To může způsobit, že buňky dělají téměř cokoli. Vědci je mohou vypnout, aktivovat je, „rozsvítit je jako vánoční strom“ s zářícími proteiny nebo jim poskytnout genové terapie přímo, říká Ting, vedoucí autor jedné z nových studií. Vědci tuto techniku testovali pouze u nehumánních zvířat, ale většina nástrojů funguje napříč druhy savců a pravděpodobně by také fungovala u lidí. Podobné, méně cílené genové terapie AAV jsou již schváleny pro léčbu Spinální svalová atrofie a jsou testovány v klinických studiích pro Huntingtonova nemoc.
„Existuje mnoho dobrých příkladů“, jak se AAV používají k léčbě mozkových chorob, říká Nikolaus McFarland, neurolog na Floridské univerzitě, který léčí neurodegenerativní choroby, jako jsou Parkinsonovy a Huntington’s. „Je to opravdu vzrušující věci.“
Virové raketoplány
Každý typ mozkové buňky je jako jedinečný stvoření. Vědci kategorizovali buňky na základě jejich tvaru, umístění a elektrických vlastností – a obecněji na základě genů, které nejvíce exprimují z celé knihovny DNA. Vyjadřováním určitých genů tyto buňky provádějí specifické akce, jako jsou stavební specializované proteiny. Pokud vědci mohou identifikovat jedinečný úryvek genetického kódu, který je aktivován pouze v těchto buňkách, mohou tento úryvek použít k jejich cílení.
Dále připojí tento genetický úryvek, nazývaný enhancer, k AAV, který byl vykuchán jeho virovou DNA. Mohou naplnit virovou slupku specifickými geny, aby se do těchto buněk dodávaly. Nyní naplněné slupky vstupují do krevního řečiště jako flotila dodávacích raketoplánů a obcházejí hematoencefalickou bariéru, ale jsou schopny aktivovat pouze svůj genetický náklad v buňkách s enhancerem.
V nových studiích se vědci zaměřili na typy buněk ve třech částech mozku: vnější vrstva mozkové tkáně zvaná kůra, která hraje roli při myšlení na vyšší úrovni, striatum, které je součástí bazálních ganglií (úsek hluboké mozkové tkáně), která je ovlivněna v chmurné chmurnosti (ALSrophic (ALSOPS). Konsorcium 247 vědců bylo financováno výzkumem mozku NIH prostřednictvím rozvoje iniciativy inovativních neurotechnologií (mozku) jako součást většího výzkumného projektu s názvem Armamentarium pro přesný přístup mozků. Vědci našli a testovali více než 1 000 enhancer AAV, nyní volně dostupných vědcům, kteří se zaměřují na konkrétní typy buněk v těchto klíčových oblastech mozku.
Vylepšení mozku
Dříve byly tyto enhancer AAV vyvinuty v pomalém pramínku různými laboratořemi, ale „Nyní máme Tisíce nástrojů “pro vylepšení specifických typů buněk, říká Bosiljka Tasic, ředitel molekulární genetiky v Allen Institute a vedoucí autor jedné z nových studií.
Vědci mohou načíst tyto raketoplány AAV nejrůznějšími různými geny, aby odpověděli na různé otázky. V některých případech, i když vidíme, že neurony v akci jsou příčinou oslavy: „Některé z nich jsou velmi vzácné buňky, které byste náhodně nenašli tím, že by se v mozkové tkáni nesestili,“ říká Ting. Abychom je pozorovali, mohou vědci představit gen, který vytváří zářící protein, který rozsvítí nepolapitelné neurony zevnitř, aby odhalil jejich strukturu a jak se spojují s jinými mozkovými buňkami.
Vědci mohou také kontrolovat, jak některé mozkové buňky střílejí a obrátí svou aktivitu nahoru nebo dolů, aby zjistili, jak změna ovlivňuje chování zvířete. Za tímto účelem vědci vkládají gen do cílových buněk, který vytváří protein citlivý na světlo zvaný opsin; Pak mohou svítit specifické vlnové délky světla na mozku, aby tyto buňky vystřelily na příkaz. Tingův tým použil tuto techniku nazývanou optogenetiku ke stimulaci určitých buněk ve striatu myší. Když vědci stimulovali tyto buňky jen na jedné straně mozku, myši se začaly pohybovat více na jedné straně jejich těla než na druhé straně, což způsobilo, že šli do kruhů.
Tyto intervence jsou reverzibilní a opakovatelné. „To je část, která je pro neurovědy opravdu uspokojivá,“ říká Ting. „Můžete je vypnout, zapnout je zpět a pak zjistit, jak to ovlivňuje mozkový obvod.“
Je to „tak Mnohem lepší a také mnohem informativní “než ničení celé části mozku myši, abyste viděli, co se stane, jako je tomu v případě mnoha neurovědních výzkumů z minulého století, říká Tasic.„ Že oblast mozku může mít sto různých typů buněk, “takže je schopna je aktivovat a inaktivovat je přesněji, odhalí více informací o tom, jak tyto obvody fungují, říká.
Nová ošetření
Doposud byly nové enhancer AAV testovány u myší, potkanů a makaků. „Stále se snažíme stále více druhů,“ říká Ting. „Ani jsme nepřišli na to, jaký je limit.“
A to nás přivádí k lidem. „To je opravdu odpověď na otázku“ Proč nám to záleží? „Říká. „Vybudovali jsme silné důkazy, že některé z těchto nástrojů – možná ne všechny, ale mnoho z nich – může na lidech pracovat napříč druhy a mohlo by představovat začátek nového vývoje terapeutického vektoru, který by mohl být použit k jemnějším léčbě vysilující poruchy mozku.“
Pro tyto ošetření by enhancer AAV mohly přinést genovou terapii přímo do mozkových buněk, které to potřebují. Nejlepšími kandidáty na tuto techniku jsou neurodegenerativní onemocnění, jako je ALS, Parkinsonova choroba a Huntingtonova choroba. Vědci v současné době pracují na genových terapiích AAV pro tyto podmínky a další, které se zaměřují na celé oblasti mozku než na specifické typy mozkových buněk. Pokusy o těchto terapiích to naznačují jsou z velké části bezpečné. „Nyní máme spoustu dobrých příkladů, že se používá AAV,“ říká McFarland. „Máme (a) dobrý bezpečnostní záznam.“
„O neurodegenerativních onemocněních stále nerozumíme,“ dodává, a tyto malé virové raketoplány umožní vědcům učinit ty objevy, které umožňují nové ošetření. Zatímco každá z těchto poruch mozku je jedinečná, praskání jednoho z nich by mohlo pomoci vědcům rozbít i ostatní, McFarland říká: „To z celého srdce věřím.“
