Vědci vynalezli kapesní model nejběžnější formy amyotrofní laterální sklerózy (ALS). Vědci tvrdí, že „onemocnění na čipu“, vyrobené pomocí kmenových buněk, by mohla připravit cestu pro nové ošetření pro progresivní stav.
V ALS se buňky mozku a páteře, které řídí dobrovolné pohyby svalů-známé jako motorické neurony-se rozpadají a umírají. Výsledkem je, že mozek již nemůže posílat signály do svalů, což vede k příznakům svalové slabosti a ochrnutí, jakož i potíže s mluvením, polykání a dýchání.
Ve studii zveřejněné 3. července v časopise Buněčné buňkyVědci odhalili nový model sporadického ALS, který odpovídá Až 95% případů ALS a vyskytuje se spontánně bez jasné genetické příčiny nebo známé rodinné anamnézy. Platforma napodobuje rané fáze nemoci a činí tak přesněji, než by mohly předchozí laboratorní modely.
K vybudování modelu shromáždili vědci krvinky od pacientů s mladým nástupem, všechny mladší 45 let, a zdravých dárců mužů, jejichž buňky byly pro srovnání použity k vytvoření „zdravého“ čipu. Krevní buňky byly přeprogramovány do indukovaných pluripotentních kmenových buněk (IPSC), které lze proměnit v jakýkoli typ buňky v těle. Kmenové buňky byly poté proměněny na páteřní motorické neurony, které normálně umožňují pohyb a degenerují v ALS.
Druhá sada IPSCS byla přeměněna na buňky podobné Bariéra krvavého mlat (BBB), což pomáhá zabránit škodlivým bakteriím a toxinům v vstupu do mozku. Spinální neurony byly naočkovány do jednoho kanálu v rámci čipu, zatímco buňky BBB byly umístěny do jiného kanálu.
Obě komory byly odděleny porézní membránou a poté byly perfundovány tekutinou bohatými na živiny, aby napodobovaly kontinuální průtok krve. Výsledný „čip páteře“ udržoval obě sady buněk po dobu asi měsíce a pomohl neurony zrající nad rámec toho, co modely bez plynulých tekutin umožnily.
Související: Vědci vynalézají 1. „Vagina-on-a-chip“
Základní čip byl vyvinul biotechnologickou společnost a poté přizpůsobeni pro použití v modelu ALS vědci v Cedars-Sinai v Los Angeles v Kalifornii.
Použily se také dřívější modely ALS Neurony odvozené od IPSC a Struktury napodobující ty, které se nacházejí v mozkuPostrádal jim však dynamický tok, což ztěžovalo zachycení konkrétních aspektů nemoci.
„Náš předchozí modely byly statické, jako miska buněk, která seděla a nemohla rozlišovat mezi ALS a zdravými buňkami, “řekl Studie spoluautor Clive SvendsenVýkonný ředitel představenstva regenerativní medicíny v Cedars-Sinai. „Obnovili jsme prostředí in vitro (laboratorní jídlo), které dýchá a teče jako lidská tkáň, což nám umožnilo detekovat včasné rozdíly v neuronech ALS.“
Ostatní odborníci souhlasí. „Na rozdíl od většiny laboratorních modelů, které postrádají cévní rysy a dynamický tok, tento čip zlepšuje zdraví a zrání neuronů,“ řekl Dr. Kimberly InvestmentNeurolog a lékařský ředitel s certifikací na radě ve společnosti Everwell Neuro, který se do studie nezúčastnil. „Zachycuje signály časných nemocí v ALS, které je často obtížné odhalit,“ řekl Idoko Live Science v e -mailu.
S jejich ALS a zdravými čipy v ruce vědci analyzovali aktivitu více než 10 000 genů napříč všemi buňkami. Jedním z nejvýraznějších zjištění byla abnormální glutamátový signalizace v neuronech v čipu ALS.
Glutamát je hlavní excitační chemický posel, což znamená, že neurony zvyšují pravděpodobnost, že střílí a posílá zprávu dalším neuronů; Jeho protějšek, GABA, je inhibiční. Tým viděl zvýšenou aktivitu v glutamátových receptorových genech a sníženou aktivitu v genech GABA receptoru v motorických neuronech ve srovnání se zdravým čipem.
„Zajímali jsme se, abychom zjistili toto zvýšení glutamátové aktivity,“ řekl Svendsen. „Ačkoli nedošlo k žádné viditelné smrti neuronů, předpokládáme, že tato hyperexcitabilita by mohla vyvolat degeneraci v pozdějších stádiích.“
Toto zjištění je v souladu s Dlouhodobé teorie o ALScož naznačuje, že signalizace posíleného glutamátu přispívá k poškození nervů. Odpovídá také mechanismu Jako drogový riluzolkterý blokuje glutamát. Nový čip přispívá k důkazům tohoto mechanismu a mohl by pomoci odhalit, jak se projevuje v nejranějších stádiích, než budou příznaky patrné u pacienta, navrhl Svendsen.
Zatímco Idoko ocenil model, poznamenala, že postrádá gliové buňky-další nervové systémové buňky zapojené do ALS-a nezachycuje degeneraci v pozdním stádiu pozorované v ALS. „Model, jako je tento, by však mohl být užitečný pro rané screening léčiv, ke studiu, jak může léčivo překročit bariéru podobnou hematoencefalické bariéře, při přípravě na studie zvířat nebo člověka,“ uvedla.
Tým nyní pracuje na údržbě buněk v modelu až 100 dní. Také by chtěli začlenit jiné typy buněk, jako jsou svalové buňky, aby plně napodobovaly progresi ALS. Jak motorické neurony při onemocnění zemřou, svalové buňky také plýtvají.
„Naším cílem je nyní stavět modely, kde umírá více neuronů, takže můžeme lépe mapovat cesty onemocnění a testovat léčbu v prostředí podobném člověku,“ řekl Svendsen. Prozatím čip nabízí okno do nejstarších molekulárních změn ALS a nástroj, který zjistí, jak detekovat a zpomalit onemocnění, než dojde k nevratnému poškození.
