Śpij z rybami

W poszukiwaniu leków na sen pojawiła się nowa świnka morska: danio pręgowany. Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali narzędzie do badań przesiewowych, które testuje wpływ tysięcy związków na zachowanie danio pręgowanego, aby odkryć nowe ścieżki rządzące snem. Badania opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie Nauka , może skutkować nowymi lekami na bezsenność i inne zaburzenia związane ze snem.

Śpiąca głowa: Naukowcy z Harvardu wykorzystują danio pręgowanego jako model do wyszukiwania kandydatów na leki na bezsenność i inne zaburzenia snu. Powyżej pokazano część głowy larwy danio pręgowanego. Mózg danio pręgowanego jest oznaczony na zielono.

Aleksander Schier a jego koledzy z Harvardu opracowali zautomatyzowany system do oceny 60 000 różnych zachowań związanych ze snem u danio pręgowanego, ryby tropikalnej często wykorzystywanej w badaniach naukowych. Po zbadaniu 5600 małych cząsteczek na larwach zespół odkrył 463 istotne związki zmieniające sen, z których wiele wiadomo, że mają podobne działanie u ludzi.

Nie spodziewaliśmy się tak dużej ochrony skutków leków między ludźmi a danio pręgowanym, mówi Schier, profesor biologii molekularnej i komórkowej. Był to dowód na to, że wiele ścieżek występujących u ludzi jest zachowanych w rybach.

Schier mówi, że takie podobieństwa behawioralne mogą sprawić, że danio pręgowany będzie idealnym modelem do badania, jak i dlaczego ludzie śpią, tajemnic, które w dużej mierze pozostają nierozwiązane. Nadal nie jest jasne, jakie mechanizmy molekularne kontrolują sen i czuwanie. Znalezienie tych ścieżek i znalezienie leków do ich blokowania lub promowania jest głównym celem wielu firm farmaceutycznych – leki nasenne generują 7 miliardów dolarów rocznych zysków w Stanach Zjednoczonych. Jednak proces opracowywania leku jest żmudny i kosztowny. Schier uważa, że ​​testowanie kandydatów na leki u danio pręgowanego może być tanią i prostą alternatywą dla konwencjonalnych badań przesiewowych.

Zazwyczaj, aby przetestować lek, naukowcy najpierw badają jego działanie w hodowanych komórkach, sprawdzając, czy lek skutecznie wiąże się z docelowym receptorem lub cząsteczką. Następnie wprowadzają lek do eksperymentów na zwierzętach, testując efekty behawioralne u żywych osobników. Ale leki, które mają określony wpływ na hodowane komórki, często mają nieoczekiwane skutki uboczne – lub nie mają żadnego wpływu – na żywe zwierzę.

Zaletą danio pręgowanego jest to, że można trzymać dużą liczbę zwierząt na bardzo małej przestrzeni i hodować wiele, wiele zwierząt stosunkowo tanio, mówi Schier. W przeciwieństwie do much i robaków, które są często wykorzystywane na wczesnych etapach badań farmaceutycznych, ryby to kręgowce. Wiele można znaleźć u danio pręgowanego, co jest istotne dla ssaków, mówi.

Aby zbadać leki, naukowcy odpipetowali pojedyncze larwy danio pręgowanego do maleńkiej studzienki 96-studzienkowej tacy. Do każdej studzienki wstrzyknięto lek, przy czym jeden lek przetestowano na 10 różnych larwach. Tacę umieścili w komorze rejestracyjnej z podczerwonym i białym światłem LED oraz kamerą podłączoną do oprogramowania komputerowego. Po wyrównaniu tacy z odpowiednią siatką na ekranie komputera, naukowcy zaprogramowali czas światła, aby symulować dzień i noc. Kamera rejestrowała aktywność każdej ryby przez dwa dni, a oprogramowanie do śledzenia wideo wykreślało ruchy każdej ryby na sekundę.

Z dla danio pręgowanego: Larwy danio pręgowanego (powyżej) są naturalnie przezroczyste. Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia zbadają wpływ leków nasennych na mózg i rdzeń kręgowy, co można zobaczyć na powyższym obrazku jako długą białą strukturę rozciągającą się od lewej do prawej.

Korzystając z algorytmów grupowania, Schier i jego współpracownicy pogrupowali ryby w 60 000 odrębnych profili behawioralnych, w zależności od różnych ograniczeń. Kiedy wyłączasz światło, jak często są aktywne? Kiedy są nieaktywni, jak długo? To właśnie obserwujemy u ryb, mówi Schier. Możesz mierzyć wiele różnych parametrów, co pozwala na profilowanie różnych leków.

Zaskakujący efekt miały środki przeciwzapalne, takie jak cytokiny, niesteroidowe leki przeciwzapalne i cyklosporyna. Zwykle leki te indukują sen, gdy są przyjmowane w celu zwalczania infekcji, takich jak grypa. Jednak Schier odkrył, że po podaniu normalnym, zdrowym danio pręgowanym, te związki lub immunomodulatory powodowały, że ryby były bardziej aktywne w ciągu dnia.

W chorobie immunomodulatory są powiązane ze snem, mówi Schier. Sugerujemy, że być może istnieje jakaś podstawowa funkcja tych immunomodulatorów podczas normalnego cyklu snu i czuwania.

Takie odkrycia mogą pomóc naukowcom zidentyfikować nowe czynniki molekularne zaangażowane w sen i czuwanie. Irina Żdanowa , profesor anatomii i neurobiologii w Boston University Medical School, bada fizjologiczne mechanizmy rytmów okołodobowych i snu u danio pręgowanego. Zhdanova mówi, że na rynku jest wiele leków związanych ze snem, które mają poważne skutki uboczne; efektów tych można uniknąć dzięki lepszym narzędziom do badań przesiewowych.

Ogromny zakres testowanych leków [przez grupę Schiera] pokazuje, że testy oparte na danio pręgowanym mogą być skutecznie wykorzystywane do przynajmniej wstępnego badania wielu klas istniejących leków i nowych substancji kandydujących, mówi Zhdanova. [To] z pewnością bardzo pomocne.

Schier mówi, że w przyszłości danio pręgowany może być również wykorzystywany jako model do testowania leków na ludzkie choroby psychiczne, takie jak schizofrenia i autyzm. Chodzi o to, aby zidentyfikować geny związane z chorobą człowieka i spróbować zaprojektować ten sam defekt genetyczny u danio pręgowanego. W rezultacie naukowcy mogliby poszukać pewnych zmian behawioralnych, takich jak wrażliwość ryb na dotyk lub reakcja na sygnały wizualne.

Miejmy nadzieję, że pojawi się związek między zmienionym genem a zmianą zachowania i spróbujemy skorygować zmianę zachowania, dodając określone leki, mówi Schier. W tej chwili to trochę science fiction, ale jest to możliwe.

ukryć