Robaki i ludzki mózg

Nie ma lekarstwa na wyniszczające choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Parkinsona, a naukowcy wciąż nie rozumieją, co powoduje śmierć komórek mózgowych u pacjentów cierpiących na te choroby. Jednak badacze z MIT mają nadzieję przyspieszyć poszukiwanie odpowiedzi i poszukiwanie terapii u mało prawdopodobnego obiektu testowego: robaków.

Inteligentne robaki: Naukowcy z MIT stworzyli mikroprzepływowy chip do szybkich badań przesiewowych całego genomu oraz do testowania dużej liczby związków terapeutycznych na żywych robakach. Neurony tego robaka, milimetrowego nicienia C. elegans, są oznaczone na zielono.

Mehmet Fatih Yanik , adiunkt elektrotechniki i informatyki na MIT, opracowuje urządzenia mikroprzepływowe, które mogą znacznie ułatwić eksperymenty, w tym badania przesiewowe całego genomu i testy leków, na małych nicieniach zwanych C. elegans . Są ulubionym tematem biologów i badaczy medycyny, ponieważ robaki są małe i przezroczyste, a naukowcy mogą przeprowadzać z nimi eksperymenty, które nie są możliwe w przypadku większych zwierząt.

Polimerowe chipy Yanik mają dwie warstwy kanałów. Jedna warstwa jest jak labirynt, mówi. W tej warstwie jednomilimetrowe robaki są transportowane i sortowane z dużą prędkością. Kanały mają tylko kilkaset mikrometrów szerokości i mieszczą bardzo małe objętości cieczy. Górna warstwa to to, co Yanik nazywa hydrauliką. Zawiera zawory kontrolujące przepływ cieczy i robaków.

Kanały ssące umożliwiają naukowcom unieruchomienie robaków w celu obrazowania pod mikroskopem o wysokiej rozdzielczości. Robaki nicieni składają się z mniej niż tysiąca komórek, z których każdą można zobaczyć pod mikroskopem. Używając chipa Yanika, możesz zobaczyć, jak neurony umierają w żywych zwierzętach w czasie rzeczywistym, mówi Ryszard Nass , adiunkt pediatrii i farmakologii w Vanderbilt University Medical Center. Obrazowanie na tym poziomie szczegółowości i szybkości jest niemożliwe u większych zwierząt, a starsze systemy robaków mogą dostarczać niewyraźne obrazy, ponieważ robaki pływają swobodnie.

Nass opracował pierwszy model robaka choroby Parkinsona. W nim zwierzęta są leczone toksyną, która zabija neurony dopaminy. Na chipie robaki można sortować za pomocą wizualnych oznak tego, jak toksyna wpływa na ich nerwy. Taki eksperyment trwa około sześciu miesięcy przy użyciu konwencjonalnych technik, mówi Nass. Na chipie Yanika zajmuje to miesiąc.

W ramach współpracy z dużą międzynarodową firmą farmaceutyczną Nass wykorzystuje chipy i jego robaki do odkrywania możliwych terapii choroby Parkinsona. Ludzie mają dziesiątki tysięcy neuronów dopaminowych połączonych z dziesiątkami tysięcy innych neuronów, mówi Nass. Robaki mają tylko osiem neuronów dopaminowych, ale na poziomie molekularnym ich układ nerwowy jest prawie identyczny z układem nerwowym człowieka.

W jednym z rodzajów eksperymentów możliwych dzięki nowemu urządzeniu mikroprzepływowemu robaki na chipie mogą być leczone związkami do wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków. Takie zautomatyzowane badania przesiewowe leków, które obecnie przeprowadza się na pojedynczych komórkach, w przeszłości nie były praktyczne na całych żywych zwierzętach.

Chip Yanika powinien również przyspieszyć badania przesiewowe całego genomu, które pomogą naukowcom zrozumieć, które geny są niezbędne do procesów życiowych, takich jak zdolność komórek nerwowych do regeneracji po urazie. Wiele genów robaków … działa w taki sam sposób, jak w organizmach wyższych, mówi Richard Roy , profesor nadzwyczajny biologii na Uniwersytecie McGill. W szczególności chip Yanika może przyspieszyć eksperymenty, w których naukowcy wyciszają każdy pojedynczy gen robaka i obserwują, co się dzieje, aby określić, które geny są niezbędne dla jakich procesów fizjologicznych.

Yanik używa chipów do badania genetyki regeneracji nerwów. Opracował bardzo precyzyjny, intensywny laser do wykonywania mikrochirurgii na robakach. Laser pozwala mu bardzo precyzyjnie odciąć pojedynczą gałąź neuronu bez uszkadzania otaczającej tkanki. Yanik wycisza każdy gen w całym genomie robaka, po jednym genie na raz, a następnie odcina neurony w każdym robaku i obserwuje wynik. Jeśli robak z konkretnym wyciszonym genem nie może wyleczyć uszkodzonego nerwu, oznacza to, że gen odgrywa ważną rolę w procesie gojenia.

Przyspieszenie badań nad robakami może mieć szerokie implikacje dla medycyny genomicznej. Robaki stanowią szczególnie dobry model ludzkiego układu nerwowego i są również szeroko wykorzystywane do badania rozwoju, co ma wpływ na zaburzenia rozwojowe u ludzi i raka, mówi Roy. Żetony Yanika, jeśli spełnią swoją obietnicę, zapewnią ogromną poprawę szybkości, objętości i precyzji w stosunku do tego, co jest obecnie dostępne.

ukryć