تضيء الدماغ، والإدارة الناجحة للمدرسة الشيء كثيرا ما يذكر، والعلماء حتى حقا لم يخرج.

جامعة إيموري (مدرسة الطب بجامعة إيموري) طور الباحثون تقنية تسمى علم الوراثة الضوئية (optochemogenetics) من خلال خلق البروتين الانارة على سطح الخلية في الدماغ، لذلك أن نجاح الخلايا العصبية في الدماغ توهج.

مئات الملايين من السنين منذ تشكيل الدماغ، وقد تم في بيئة مظلمة، إلا أنها لم تطور القدرة على ضوء ينبعث. حسنا، هناك أسئلة لا بد من الإجابة، والنتيجة في النهاية ما هي الفائدة؟

في الواقع، فإن الخلايا الاولية العصبية المزروعة لاستعادة وظيفة فقدت من الخلايا العصبية في الدماغ، هو إعادة تأهيل استراتيجية مفيدة لمرضى السكتة الدماغية الأمل، ولكن زرع الخلايا الجذعية كما يواجه العديد من المشاكل، خاصة تلك الخلايا الاولية العصبية المزروعة في حاجة إلى التحفيز معين و الاستقراء يمكن أن يتحقق لاستعادة وظائف المخ التالفة.

من أجل تقديم المساعدة زرع هذه الخلايا الجذعية، ويأمل الباحثون أن هذه نسخة محسنة من تقنية الخفيفة علم الوراثة (علم البصريات الوراثي)، دون حج القحف، بطريقة غير الغازية لتوليد التحفيز خفيفة في الدماغ، مما يحفز العصبية زرع خلية سلفية النمو والتمايز.

في السكتة الدماغية التجريبية في الفئران والباحثين من خلال تقنيات الهندسة الوراثية، لإدخال الجينات التي تشفر التي ينبعث منها ضوء البروتين التي يسببها بروتين مستقبلة للضوء والخلايا الجذعية المحفزة، والخلايا العصبية السلف مثقف شكلت زرع مخ الفأر، وتجاوز حاجز الدم في الدماغ من الأنف تم تفعيل ركيزة تسليم وسيفيراز إنتاج البروتين على سطح الخلايا في الدماغ الباعثة للضوء التحفيز للحث على انتقائي انتشار الخلايا العصبية السلف، والتمايز.

وأظهرت النتائج أنه بالمقارنة مع تحفيز الخلايا الجذعية لا يتلقون، تقنية جديدة غير الغازية تسمى علم الوراثة زرع الشعاعية تسمح الخلايا الجذعية تصبح أكثر صحة، وصلات أكثر العصبية شكلت السكتة الدماغية أدمغة الفئران أيضا وبينت أعظم الانتعاش، وبعض السلوكيات وأعراض السكتة الدماغية استعادة بنجاح إلى المستوى السابق.

(المصدر: EPFL، مشروع الدماغ البشري)

نشرت أحدث النتائج في وقت سابق من هذا الشهر من مجلة علم الأعصاب.

المؤلف الأول من الورقة، أستاذ مثبت في كلية إيموري الطب، قسم التخدير في جامعة تل مسطحة في مقابلة قال DeepTech، "هذه الدراسة للالسائدة بعد زرع الخلايا الخلايا المزروعة تتجاهل هذه الممارسة انفراجة." وبالنظر إلى ضوء في محدودة للغاية الدماغ البشري وانتشار مصدر الضوء زرع الغازية، وتستخدم على نطاق واسع في علم الوراثة السريرية ضوء من غير المرجح تقريبا، الضوئية، ويمكن أن يقال الوراثة من هذا العلاج التدخل المستمر غير الغازية مع هناك تحسن الثوري، كما ثبت أكثر من السلوك النتائج، عددا من مؤشرات الإصابة بالسكتة الدماغية لدى الفئران استعادة إلى مستوياتها الطبيعية.

بين الرياح بشرت في العلاج بالخلايا الجذعية

السكتة الدماغية هي واحدة من أكثر عوامل الخطر الهامة التي تؤثر على صحة الإنسان، كما ساهم في عدد السبب الأول للوفاة في الصين اليوم. والنوبات القلبية وغيرها من الأمراض الدماغية والسكتة الدماغية هي انسداد الأوعية الدموية وتدفق الدم عرقلة لأنسجة المخ بسبب.

عندما السكتة الدماغية والنوبات القلبية، نقص التروية ونقص الأكسجين، على التوالي، سيؤدي إلى الخلايا العصبية في الدماغ لا رجعة فيها وإصابة خلية عضلة القلب والوفاة. إلى السكتة الدماغية، على سبيل المثال، في كثير من الأحيان فجأة البداية، انهارت هناك، شلل نصفي، منحرف الفم وأعراض أخرى، مع ارتفاع معدلات الوفيات والإصابة بالأمراض. وعلى الرغم من عمق متزايد من فهم لآلية من السكتة الدماغية، ولكن لا يزال هناك نقص في العلاج الفعال، عكس الضرر الذي لا رجعة فيه من السكتة الدماغية على الدماغ.

خريطة | السكتة الدماغية (المصدر: مجلة لانسيت)

في السنوات الأخيرة، ووضع استراتيجية واعدة مع تطور تكنولوجيا الخلايا الجذعية والعلاج التجدد، زرع الخلايا عن إصلاح الأنسجة واستعادة وظيفة بعد إصابات الدماغ.

في عام 2006، والعالم الياباني شينيا ياماناكا (شينيا ياماناكا) تصبح خلايا جسدية ناجحة في الخلايا التي يسببها الجذعية المحفزة (المستحثة stemcells المحفزة، IPSC)، وبالتالي على جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 2012.

بسبب سهولة الحصول على، والتمايز أهمية السريرية المحتملة، التي يسببها المحفزة تكنولوجيا الخلايا الجذعية يحدث، عزز بشكل كبير في تطوير الخلايا الجذعية والطب التجديدي، على وجه الخصوص، ويجلب مستقبل مشرق لعلاج أمراض تجديد الجهاز العصبي. في النماذج الحيوانية من السكتة الدماغية، والناجمة عن زرع الخلايا الجذعية المحفزة متباينة الخلايا العصبية السلف، فقد تبين أن يكون لها بديل الخلية، الدعم الغذائي وزيادة القدرة على تحسين وظيفي.

خريطة | الخلايا العصبية المستمدة IPSC (المصدر: uq.edu.au)

ومع ذلك، العلاج بالخلايا الجذعية ليست الخلايا الجذعية المزروعة إلى الأنسجة التالفة، ومن ثم الانتظار حتى بسيطة. في عملية تجديد الخلايا العصبية العلاج، وزرع الخلايا الاولية العصبية للنمو للرقابة والتمايز، وإعادة الاتصال مع الدوائر العصبية الموجودة، فإنه لا يزال الخطوات الحاسمة والتحديات.

مثل الخلايا العصبية في الدماغ أثناء التطور كما غير ناضجة، والخلايا العصبية السلف زرعها في الدماغ المشتقة من خلايا الجذع الكبار، ومصيره يعتمد على النمط الظاهري الوظيفي للالمكروية موقع الكسب غير المشروع. وينجم عن ذلك من إشارة نشاط الخلايا العصبية، هو العامل الأساسي في تمايز الخلايا العصبية السلف. وهكذا، وبعد زرع الخلايا الجذعية، والتحفيز المناسب الناجم عن نضوج الخلايا العصبية والتمايز، وبقاء الخلية، واللدونة العصبية والتصميم وظائف محددة ضروري لتشكيل.

في هذه الدراسة الأخيرة، ويعتقد الباحثون أن التحفيز الانتقائي للخلايا المزروعة واستعادة الصغيرة توفر بيئة جيدة وظروف يمكن تجديدها في أنسجة المخ من السكتة الدماغية وظيفة الشبكة العصبية، من أجل حماية وتعزيز بقاء الخلية، والتمايز ، والتوليف وإفراز العوامل الغذائية، تشكيل المشبك، وشبكة اتصالات.

"مجرد وضع هذه الخلايا في الدماغ التالفة، ثم تغض الطرف ليست كافية. وإذا كنا نتوقع تمايز الخلايا الاصلية في الخلايا العصبية الوظيفية، ويجب أن تقبل هذه الخلايا تقليد التحفيز في الدماغ، ولكن أيضا نمو مناسبة وقال البروفيسور يو شان بينغ عامل والبيئات الدعم ".

قال المخ: يجب ألا يكون هناك ضوء!

ومع ذلك، فإن مواجهة الخلايا العصبية في الدماغ معقدة وحساسة، ونريد لتحقيق مراقبة دقيقة نموها والتمايز، وأحيانا لا يمكن أن تبدأ العلماء. هذه المرة، يبدو حاجة إلى التكنولوجيا الثورية.

في 2005، وعلى ضوء تكنولوجيا علم الوراثة (علم البصريات الوراثي) كارلهاينز دايسيروث مختبر في جامعة ستانفورد الاختراع، وذلك ثورة في مجال علم الأعصاب. تقنية علم البصريات الوراثي هو من خلال تقنيات الهندسة الوراثية في أنواع معينة جين البروتين حساسة للضوء من الخلايا العصبية، الخلايا العصبية بحيث يشير تشكيل القناة الايونية الحساسة للضوء، والتحفيز عند أطوال موجية مختلفة من الضوء، قناة أيون الحساسة للضوء لديها غشاء الموجبة أو عن طريق توليد انتقائية أنيون لتحقيق الغرض من استثارة الخلايا العصبية انتقائية أو كبت.

يمكننا القول أن التكنولوجيا الوراثية تسمح للعلماء الضوء فقط من الضوء، سوف تكون قادرة على تحقيق التلاعب ميلي ثانية واحدة العصبية، وليس فقط لفهم متعمق من أسرار المخ، وآليات أمراض الجهاز العصبي توفر أداة ثورية، ولكن أيضا لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض المعقدة جلبت مستقبل مشرق. التقنيات الوراثية الخفيفة أيضا سيحصل تعتبر جائزة نوبل واحد من التكنولوجيا الساخنة.

خريطة | التقنيات الوراثية الخفيفة (المصدر: جامعة ستانفورد)

على الرغم من أن التقنيات الوراثية دقيقة لمعالجة خفيفة في النشاط العصبي البيئة الدوائر العصبية المعقدة، فإنه يوفر قدرة غير مسبوقة لتحقيق الضوء، ولكن لا يزال يشكل عقبة رئيسية تحد من التطبيق السريري في الجسم الحي. عندما في الجسم الحي اختبار، كيف الضوء ينتقل إلى الدماغ العميق، يصبح التحدي التقني وضعت أمام العلماء.

نقل الضوء إلى الدماغ حاليا الحل الأكثر شيوعا، هو مزروع جراحيا مع مصدر ضوء خارجي إلى جانب إلى الألياف البصرية. ومع ذلك، فإن هذه على المدى الطويل زرع الألياف البصرية ليس فقط يجلب خطر الإصابة وتلف الأنسجة، والتجارب التي أجريت على الحيوانات تتحرك بحرية، ولكن أيضا أن يزيد من عدد من العقبات العملية. نظرا لامتصاص وتشتيت ضوء الأنسجة، وعلى ضوء خارجي تنتقل عن طريق كفاءة المخ منخفضة جدا. في الواقع، فإن معظم الضوء المنبعث من الألياف البصرية مزروع داخل الألياف طرف 1 مم الموهن تماما.

"تقنية علم البصريات الوراثي هو أداة ممتازة، ولكن هناك بعض العقبات في التطبيقات السريرية." شان يو بينغ، أستاذ "الغازية انتقال الألياف الضوئية، والمسافة انتشار الضوء محدودة، وخاصة في نطاق أوسع الإنسان الدماغ ".

تطبيق ضوء علم الوراثة في الأنسجة الأخرى مثل القلب، تواجه تحديات مماثلة. في حين أن التنمية تحتاج أقل إضاءة الوراثة الخفيفة أدوات (أي أكثر حساسية والانزياح نحو الأحمر من البروتين حساسة للضوء) حققت تقدما، ولكن هذا النهج في الرئيسيات غير البشرية أو المريض البشري لتطويره لا يزال غير واضح.

تحقيقا لهذه الغاية، وضعت كلية الطب، جامعة إيموري والباحثين جورجيا للتكنولوجيا وعلم الوراثة الضوئية، وتحديدا، وأنشأوا البروتين الضوئي المعقدة (luminopsin)، ومصدر ضوء بديل لتنشيط بروتين حساسة للضوء . هذا "photoprotein" من الحياة في الطحالب البحرية والبحرية مجدافيات العميقة (princeps Gaussia)، التي يمكن أن تنبعث مضان على ركيزة البيولوجية الكيميائية وسيفيرين CTZ (coelenterazine) موجودا.

FIG | وسيفيراز (Gluc) وفلوريسئين (وCTZ) بالتزامن مع الضوء، وتفعيل البروتين حساسة للضوء (مركز حقوق الانسان) (المصدر: شان يو بينغ)

لأن هذا البروتين التي ينبعث منها ضوء المشفرة بواسطة الجينات، والتعبير عن نحو خلية محددة مع بروتين حساسة للضوء، ثم، فإن الدراسة الجديدة، حفز الباحثون من خلال إدخال الجين ترميز البروتين الانارة المحفزة الخلايا الجذعية ثم يتم تربيتها ل الخلايا الاولية العصبية، وزرعها في الأسبوع الماوس جلطة دماغية.

ثم، في الأسبوعين المقبلين، مرتين من قبل الباحثين في شكل من أشكال الإدارة الأنف، لتوفير فلوريسئين CTZ الماوس يوم الدماغ. وأشار بينغ في الجبال، والإدارة الأنف لتجاوز حاجز الدم في الدماغ، وهذه الإدارة تكرار غير الغازية مجدية في الممارسة السريرية.

واجه CTZ عندما aequorin، يبعث ضوء الحاجة. مراقبة التجربة أظهرت أنه بعد إدارة CTZ حوالي 1 ساعة، تظهر منطقة زرع الخلايا تلألؤ بيولوجي.

والبروتين التي ينبعث منها ضوء بجعل البروتين أعرب الاستشعار عن بعد في وقت واحد العنصر سطح الخلية العصبية، ثم خارج من خلال تقديم المواد الكيميائية، لتوفير مصدر الضوء المطلوبة للتلاعب الجيني داخل الدماغ، جعلت هذه الاستراتيجية سلسلة من التجارب على الفئران تأثير إيجابي .

الخريطة | الخلايا الجذعية المزروعة بعد التحفيز على النمو في الخلايا العصبية السليمة (المصدر: يو بينغ وآخرون، JNeurosci 2019.)

وقد اظهرت النتائج أن معدل البقاء على قيد الحياة للنمو وتمايز الخلايا العصبية السلف في زيادة كبيرة، وتنتج الاتصالات العصبية محور عصبي أكثر اكتمالا، واستجابة أفضل لالتحفيز الكهربائي. الفئران الطرف المصاب أيضا ظهر انتعاش أفضل في صغار الفئران، والسكتة الدماغية يمكن أن يؤثر على الخصائص الفيزيائية عادت إلى مستوياتها العادية، حتى في الفئران الأكبر سنا، وأعراض السكتة الدماغية يمكن استعادة جزئيا.

بالنسبة لاحتمالات السريرية لهذه التكنولوجيا، في الجبال وقال بينغ أنه نتيجة لخصائص وراثية غير الغازية التكنولوجيا الضوئية، يجب أن يكون التطبيق السريري أوسع الآفاق. "أعتقد أن الآثار الجانبية بعد الأمن اللازم خلال التجارب، أية مجموعة من السكان معين من الخلايا في الدماغ يمكن أن تعبر عن المثبطة أو مثير بروتين معقد الضوئي بعد تناوله الطرفية عن طريق التحفيز التي تسيطر عليها. وبطبيعة الحال، ومحددة تأثير يعتمد على نتائج الدراسات قبل السريرية المستقبل والتجارب السريرية ".