Məlumat

Petri qabındakı insan neyronları şimpanze neyronlarından fərqli şeylər edirmi?

Petri qabındakı insan neyronları şimpanze neyronlarından fərqli şeylər edirmi?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bilmək istəyirəm ki, şimpanze neyronlarının və insan neyronlarının in vitro böyüməsi ilə bağlı keyfiyyətli təcrübələr aparılıb və hər hansı bir fərq yaranıb, məsələn, neyron başına keçidlərin miqdarı və ya başqa bir şey.


Mən şimpanze ilə insanlar arasında böyük oxşarlıqları göstərən bir neçə araşdırmaya rast gəldim. Bianchi və digərləri tərəfindən 2013-cü ildə aparılan bir araşdırmada immunohistokimya, elektron mikroskopiya və Golgi boyanmasından istifadə edərək, sinaptik sıxlığı və piramidal neyronların dendritik morfologiyasını səciyyələndirmək üçün ilkin somatosensor (sahə 3b), birincil motor (sahə 4), prestriate vizual (sahə 18), və inkişaf etməkdə olan şimpanzelərin prefrontal (10-cu sahə) korteksləri (Pan troglodytes). Onlar sinaptogenezin yetkinlik dövründə (3-5 yaş) sinaps sıxlığının zirvəsi ilə kortikal sahələr arasında sinxron şəkildə baş verdiyini tapdılar. Üstəlik, insanlarda olduğu kimi, prefrontal piramidal neyronların dendritləri sensorimotor bölgələrdən daha gec inkişaf etmişdir. Bu nəticələr göstərir ki, neokortikal inkişafda olan təkamül dəyişiklikləri, postnatal həyatın erkən dövründə daha çox neyron plastikliyini təşviq edən insan və şimpanze nəsillərinin fərqliliyindən əvvəl baş vermişdir. Lakin bu araşdırma bunu qeyd edir

Bu neyroinkişaf oxşarlıqlarına baxmayaraq, şimpanzelərdə idrak ontogenezinin insanlardan bir neçə cəhətdən fərqləndiyini qeyd etmək vacibdir. Davranış tədqiqatları göstərir ki, insanların və şimpanzenin inkişaf etdiyi müxtəlif sosial və ekoloji kontekstlər də insana xas sosial-idrak qabiliyyətlərinin təkamülündə mühüm rol oynaya bilər. Məsələn, gənc şimpanzelər 4-5 yaşa qədər süddən tam kəsilmir və inkişafın ilk illərində analarına sıx bağlı qalırlarsa, insan körpələri tez-tez bir çox baxıcılarla qarşılıqlı əlaqədə olur və birgə diqqətdə olurlar.

Bianchi və digərləri tərəfindən 2013-cü ildə nəşr olunan başqa bir araşdırmada, böyük meymunların beyin qabığındakı piramidal neyronların morfologiyasındakı regional variasiya, insanların ən yaxın yaşayan qohumları araşdırıldı. Tədqiqat şimpanze beyin qabığının 4 sahəsində III qat piramidal neyronların dendritik strukturunu ölçmək üçün sürətli Golgi ləkəsindən istifadə etdi: Birincili somatosensor (sahə 3b), ilkin motor (sahə 4), prestriate vizual (sahə 18) və prefrontal (sahə). sahə 10) korteks. Araşdırma bunu göstərdi

İnsanlarda və makaka meymunlarında aparılan əvvəlki tədqiqatlara uyğun olaraq, şimpanzelərin prefrontal korteksindəki piramidal neyronlar digər kortikal bölgələrə nisbətən daha böyük dendritik mürəkkəblik nümayiş etdirir və bu, primatlarda prefrontal kortikal təkamülün inteqrativ əlaqə potensialının artması ilə xarakterizə olunduğunu göstərir.

Lakin

Şimpanzelərlə müqayisədə, insanların piramidal neyronlarının bütün kortikal bölgələrdə əhəmiyyətli dərəcədə daha uzun və daha çox budaqlanmış dendritik arbors var idi.

Bu tədqiqatlar göstərir ki, insan və şimpanze neyronları arasında əhəmiyyətli morfoloji və inkişaf oxşarlıqlarına baxmayaraq, hələ də nəzərə çarpan müşahidə edilə bilən fərqlər mövcuddur.


Elm adamları meymun embrionlarında insan hüceyrələri yetişdirdilər və bəli, bu, etik bir mina sahəsidir

Elmdə çox az şey insanları insan-heyvan hibridlərindən daha çox qorxudur. Fərqli heyvanların qarışığı olan mifik yunan məxluqundan sonra kimeralar adlandırılan bu yarı-insan, yarı-heyvan embrionları bizi "insan" edən şey haqqında anlayışımızı dəyişdirmək üçün səhnəyə çıxdı.

Əgər nəzəri olaraq bir müddətə yetişsələr, kimeralar insan orqanlarını əvəz etmək üçün sonsuz bir mənbə olardı. Onlar insan inkişafının ən erkən mərhələlərinə açılan bir pəncərədir və elm adamlarına spermanın yumurta ilə qarşılaşmasından sonrakı ilk on günün sirrini araşdırmaq imkanı verir. Onlar beynimizin ilkin arxitekturasını necə qurduğunun xəritəsində kömək edə bilər, potensial olaraq neyron şəbəkələrimizin niyə bu qədər güclü olması və onların naqillərinin necə səhv gedə biləcəyi ilə bağlı köhnə sualı həll edə bilər.

Bütün bunlarla problem? Embrionların bir hissəsi insandır. Bir heyvanın içində böyüyən insan ürəyi və ya qaraciyəri ideyası bəziləri üçün xoşagəlməz, lakin dözülməz ola bilər. İnsan neyronlarının hibrid embrionun içərisində beyin hazırlaması - potensial olaraq şüura aparan - dəhşət ssenarisidir. İllərdir elm adamları zehni olaraq “insanlaşmış” kimera şansını azaltmaq üçün insan hüceyrələrini təkamül baxımından bizdən nisbətən uzaq olan siçovul və donuzların hüceyrələri ilə qarışdıraraq etik sərhədlərlə flört etdilər.

Bu həftə elm adamları sərhədi keçdilər.

Salk Bioloji Tədqiqatlar İnstitutunun görkəmli kök hüceyrə bioloqu Dr. Juan Carlos Izpisua Belmontenin rəhbərlik etdiyi araşdırmada komanda ilk yoxlanılmış insan-meymun hibrid embrion.

Refleksiv titrəmə bir yana, iş texnoloji bir tur-de-forcedir. Alimlər hibrid embrionun ana bətnindən kənarda 20 gün ərzində inkişafını izləyə bildilər ki, bu da əvvəlki cəhdlərdən xeyli uzundur. Zaman qrafikini kontekstdə qoysaq, bu, meymunun hamiləlik dövrünün təxminən 20 faizini təşkil edir.

Baxmayaraq ki, 100-dən çox cəhddən yalnız 3-ü bu nöqtəni keçsə də, canlı embrionlarda şok edici dərəcədə yüksək miqdarda insan hüceyrəsi var idi - bütün hüceyrə populyasiyasının təxminən üçdə biri. Əgər daha da inkişaf edə bilsələr, bu insan töhfələri, nəzəri olaraq, insan-meymun dölünün bədəninin və bəlkə də zehnin bioloji arxitekturasını əhəmiyyətli dərəcədə təşkil edə bilər.

Bunu kifayət qədər vurğulaya bilmərəm: texnologiya gətirmək üçün hələ orada deyil Meymunlar planeti həyata. Sərt qaydalar həmçinin ilk bir neçə həftə ərzində kimera embrionlarının böyüməsini qadağan edir. Bu, İzpisua Belmontenin ABŞ-dan daha az etik qaydaları olan Çin laboratoriyaları ilə əməkdaşlıq etdiyini söyləyir.

Ancaq xətt keçdi və geriyə dönüş yoxdur. Budur, onların nə etdikləri, niyə bunu etdikləri və gələcək oxşar sınaqları əsaslandırmaq və ya məhdudlaşdırmaq üçün səbəblər.

Nə Etdilər

Komandanın insan-meymun embrionunu yaratma üsulu əvvəlki yarı insan kimera cəhdlərinə bənzəyir.

Budur necə gedir. Onlar induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələr (iPSC) adlanan proqramlaşdırılmamış və ya “geri qaytarılmış” insan kök hüceyrələrindən istifadə ediblər. Bu hüceyrələr tez-tez dəri hüceyrələrindən başlayır və kök hüceyrə mərhələsinə qayıtmaq üçün kimyəvi müalicə olunur, demək olar ki, hər hansı bir hüceyrə növünə çevrilmək üçün super güc əldə edir: ürək, ağciyər, beyin... siz fikirləşirsiniz. Növbəti addım bir Petri qabında altı gün ərzində inkişaf edən mayalanmış və sağlam meymun yumurtası olan meymun komponentinin hazırlanmasıdır. Bu nöqtədə, embrion bütün inkişaf prosesini başlatan uterusa implantasiya üçün hazırdır.

Bu, ximera jabının işə düşdüyü yerdir. Komanda kiçik bir iynədən istifadə edərək, hər bir embriona 25 insan hüceyrəsi yeritdi və onları bir gün daha körpələşdirdi. "Son vaxtlara qədər təcrübə orada bitəcəkdi" dedi Dr. Müşayiət edən ekspert yazan iki tanınmış bioetikçi Hank Greely və Nita Farahany götürdülər, lakin tədqiqatda iştirak etmədilər.

Amma komanda daha da irəli getdi. Bioloji hiylədən istifadə edərək, embrionlar bətnindəki kimi Petri qabına yapışdırılır. İnsan hüceyrələri süni "implantasiya"dan sonra sağ qaldı və - təəccüblü şəkildə - meymun hüceyrələrindən uzaqda fiziki olaraq qruplaşmaya meyl etdi.

Qəribə seqreqasiya komandanı insan hüceyrələrinin başqa növlərin hüceyrələri ilə niyə yaxşı oynamadığını daha da araşdırmağa vadar etdi. Böyük məlumat yanaşmasından istifadə edərək, komanda insan hüceyrələrindəki genlərin meymun sahibləri ilə necə danışdığını kəşf etdi. Təəccüblü olan, komandanın dediyinə görə, meymun embrionlarına insan hüceyrələrinin əlavə edilməsi hər ikisini əsaslı şəkildə dəyişdirdi. Hər iki hüceyrə öz normal mühitlərində olduğu kimi davranmaqdansa, fiziki olaraq ayrılsalar belə, bir-birlərinə təsir edirdilər. Məsələn, insan hüceyrələri meymun hüceyrələrinin bir-biri ilə danışmaq üçün istifadə etdiyi biokimyəvi xəbərçiləri - və bu hüceyrələri əhatə edən "göp"ü dəyişdirdi.

Başqa sözlə, yağ və sudan fərqli olaraq, insan və meymun hüceyrələri çox kənar çırpmalara ehtiyac duymadan ünsiyyət qurur və digərlərinin biologiyasını dəyişdirirdilər. İnsan iPSC-ləri daha çox meymun hüceyrələri kimi davranmağa başladı, meymun embrionları isə bir az daha insan oldu.

Yaxşı, amma niyə?

Komandanın "daha təhlükəsiz" donuz və ya siçovul alternativindən çox, meymun hibridinə getməsinin əsas səbəbi meymunlarla oxşarlığımız idi. Müəlliflərin iddia etdiyi kimi, təkamül baxımından genetik olaraq “daha ​​yaxın” olmaq kimeraların əmələ gəlməsini asanlaşdırır. Öz növbəsində, yaranan embrionlar da insanın erkən inkişafını öyrənməyə və əvəzlənmə üçün insan toxuma və orqanlarını qurmağa imkan verir.

“Tarixən insan-heyvan kimeralarının nəsli aşağı effektivlikdən əziyyət çəkib,” İzpisua Belmonte bildirib. “İnsan və qeyri-insan primat arasında bir kimera nəsli, əvvəllər istifadə edilən bütün növlərə nisbətən təkamül zaman çizelgesi boyunca insanlarla daha yaxından əlaqəli bir növ, kimera nəslinə təkamül yolu ilə qoyulmuş maneələrin olub-olmadığını daha yaxşı başa düşməyə imkan verəcəkdir. onlara qalib gələ biləcəyimiz hər hansı vasitə var.”

Mübahisəli Gələcək

Bu arqument bəziləri üçün inandırıcı deyil.

Orqanların dəyişdirilməsi baxımından meymunlar donuzlarla müqayisədə çox bahalı (və idrak baxımından inkişaf etmiş) donorlardır, sonuncular insan orqanlarının böyüməsi üçün əsas tədqiqat sahibi olmuşdur. İnsan ehtiyaclarına uyğun genetik mühəndislik yaratmaq çətin olsa da, donuzlar orqan "donorları" kimi daha çox sosial baxımdan məqbuldurlar - bir çoxumuz vetçina və ya donuz əti yeməyə göz yummuruq - halbuki meymunlardan humanoid toxumasının çıxarılması konsepsiyası olduqca narahatdır.

İnsan-meymun hibridi neyroinkişafı öyrənmək üçün xüsusilə faydalı ola bilər, lakin bu, birbaşa "heyvan beyinlərindəki insan hüceyrələri" problemi ilə başları qarışdırır. Belə bir embrion olduqda belə yox Nəticə etibarilə, neyron şəbəkələrinə qoşulmuş insan hüceyrələri olan potensial canlı heyvan dölünün beynini öyrənməyə hazır olan hər kəsi təsəvvür etmək çətindir.

Tədqiqatın alimləri çaşdıran “balyoz” tərəfi də var. "Hüceyrələrin müəyyən bölgələrə və ya [heyvanın] orqanlarına birbaşa transplantasiyası tədqiqatçılara hüceyrələrin harada və necə inteqrasiya oluna biləcəyini proqnozlaşdırmağa imkan verir" dedi Greely və Farahany. Bu o deməkdir ki, onlar inyeksiya edilən insan hüceyrələrinin öd kisəsi kimi “darıxdırıcı” bir bölgəyə və ya beyin kimi daha “həssas” bir bölgəyə düşdüyünü təxmin edə bilərlər. Ancaq mövcud texnika ilə insan hüceyrələrinin nəhayət hara köçüb böyüyə biləcəyinə əmin deyilik.

Yenə də xəstəlik faktoruna baxmayaraq, insan-meymun embrionları tədqiqat üçün abort edilmiş toxumadan istifadə etməklə bağlı etik problemlərdən qaçırlar. Bu hibrid embrionlar, abort müzakirəsinə girmədən əldə edə biləcəyimiz erkən insan inkişafının ən yaxın modellərini təqdim edə bilər.

Qrili və Farahany öz şərhlərində mübahisəli sahə ilə irəliləməzdən əvvəl nəzərə alınmalı olan dörd əsas aspekti ortaya qoydular. İlk növbədə, heyvanların rifahıdır, bu, "xüsusilə qeyri-insan primatlar üçün doğrudur", çünki onlar zehni olaraq bizə yaxındırlar. İnyeksiya edilən iPSC-lərin əsasını təşkil edən insan donorlarının razılığına da ehtiyac var, çünki bəziləri bu cəhdin özündən narahat ola bilər. Orqan donorları kimi insanlar da tam məlumatlandırılmalıdır.

Üçüncü və dördüncü, ictimai müzakirələrə mütləq ehtiyac var, çünki insanlar insan toxumalarının və ya orqanlarının heyvanlarla qarışdırılması fikrini qəti şəkildə rədd edə bilərlər. Hələlik insan-meymun embrionlarının ömrü qısadır. Lakin texnologiya yaxşılaşdıqca və digər kimeralarla əvvəlki oxşar təcrübələrə əsaslanaraq, bu təşəbbüsün növbəti addımı embrionu canlı heyvan sahibinin uterusuna köçürməkdir ki, bu da onu daha da inkişaf etdirə bilər.

Hələlik bu, insan-meymun embrionları üçün qırmızı xəttdir və texnologiya hələ mövcud deyil. Ancaq CRISPR körpələrinin sürprizi bizə nəyisə öyrətdisə, odur ki, bir cəmiyyət olaraq xətti aşmağa hazır olan tənha canavardan, yəni yarı insan, yarı heyvan rüşeymini gətirməkdən çəkindirməli, lakin buna hazırlaşmalıyıq. müddətə.

"Biz bu ehtimal haqqında düşünməyə başlamalıyıq" dedi Greely və Farahany. Tədqiqatla biz bilirik ki, "bu gələcək təcrübələr indi ən azı inandırıcıdır".

Şəkil krediti: İnsan-meymun kimera embrionu, Weizhi Ji tərəfindən fotoşəkil, Kunming Elm və Texnologiya Universiteti


Bir qabda böyüdülmüş mini beyinlərdə beyin dalğaları aşkar edilmişdir

10 aylıqda noxud boyda beyin orqanoidləri. Kredit: Muotri Lab/UCTV

Alimlər funksional neyron şəbəkələrini inkişaf etdirən kök hüceyrələrdən miniatür beyinlər yaradıblar. İnsan beynindən milyon dəfə kiçik olmasına baxmayaraq, laboratoriyada yetişdirilən bu beyinlər, vaxtından əvvəl doğulmuş körpələrin beyin dalğalarına bənzəyən ilk müşahidə edilən beyinlərdir. Jurnalda avqustun 29-da dərc edilən araşdırma Hüceyrə Kök Hüceyrə, elm adamlarına insan beyninin inkişafını daha yaxşı anlamağa kömək edə bilər.

San Dieqodakı Kaliforniya Universitetinin bioloqu Alysson Muotri deyir: "Gördüyümüz sinir fəaliyyətinin səviyyəsi in vitroda görünməmiş səviyyədədir". "Biz mürəkkəb neyron şəbəkəsinin bu ilkin mərhələlərini həqiqətən yarada biləcək bir modelə sahib olmaq üçün bir addım daha yaxınıq."

Serebral orqanoidlər adlanan noxud boyda beyinlər insanın pluripotent kök hüceyrələrindən əmələ gəlir. Onları beynin inkişafı mühitini təqlid edən mədəniyyətə yerləşdirməklə, kök hüceyrələr müxtəlif növ beyin hüceyrələrinə diferensiallaşır və inkişaf etməkdə olan insan beyninə bənzəyən 3-D quruluşda öz-özünə təşkil olunur.

Alimlər insan beyninə bənzər hüceyrə quruluşuna malik orqanoidləri uğurla yetişdiriblər. Lakin əvvəlki modellərin heç biri insana bənzər funksional neyron şəbəkələri inkişaf etdirməmişdir. Şəbəkələr neyronlar yetkinləşdikdə və bir-birinə bağlandıqda meydana çıxır və beyin fəaliyyətinin əksəriyyəti üçün vacibdir.

Muotri deyir: "Siz beyin orqanoidlərindən bir neçə şey üçün istifadə edə bilərsiniz, o cümlədən insanın normal neyroinkişafını anlamaq, xəstəliklərin modelləşdirilməsi, beyin təkamülü, dərmanların yoxlanılması və hətta süni intellektə məlumat vermək üçün".

Kortikal lövhənin ilkin formalaşmasını göstərən beyin orqanoidinin kəsişməsi. Hər bir rəng beyin hüceyrəsinin fərqli növünü qeyd edir. Kredit: Muotri Lab/UCTV

Muotri və həmkarları mədəniyyət mühitinin formulasının optimallaşdırılması da daxil olmaqla, kök hüceyrələri böyütmək üçün daha yaxşı bir prosedur hazırladılar. Bu düzəlişlər onların orqanoidlərinin əvvəlki modellərə nisbətən daha yetkin olmasına imkan verdi. Komanda 10 ay ərzində yüzlərlə orqanoid yetişdirdi və onların sinir fəaliyyətlərini izləmək üçün çox elektrodlu massivlərdən istifadə etdi.

Komanda təxminən iki ayda orqanoidlərdən beyin dalğalarının partlamasını aşkar etməyə başladı. Siqnallar seyrək idi və eyni tezlikdə idi, bu, çox yetişməmiş insan beynində görülən bir nümunədir. Orqanoidlər böyüməyə davam etdikcə, onlar müxtəlif tezliklərdə beyin dalğaları yaradırdılar və siqnallar daha müntəzəm görünürdü. Bu, orqanoidlərin neyron şəbəkələrini daha da inkişaf etdirdiyini göstərir.

Muotri deyir: "Bu, daha çox funksional sinapsların olmasının nəticəsidir və siz neyronlar arasında daha çox əlaqə yaradırsınız". O deyir ki, neyronlar arasındakı qarşılıqlı əlaqə müxtəlif tezliklərdə siqnallara kömək edir.

Orqanoidlərin beyin dalğa modellərini inkişafın erkən mərhələsindəki insan beynininkləri ilə müqayisə etmək üçün komanda altı ilə doqquz ay yarım arasında olan 39 vaxtından əvvəl doğulmuş körpədən qeydə alınan beyin dalğaları ilə maşın öyrənmə alqoritmini öyrətdi. Alqoritm orqanoidlərin mədəniyyətdə neçə həftə inkişaf etdiyini təxmin edə bildi ki, bu da bu orqanoidlərin və insan beyninin oxşar böyümə trayektoriyasını paylaşdığını göstərir.

Çox elektrodlu massivlər tərəfindən yaradılan bu fəaliyyət xəritəsi beyin orqanoidinin nə qədər aktiv olduğunu göstərir - qırmızı çox aktiv, qara isə səssiz deməkdir. Kredit: Muotri Lab/UCTV

Bununla belə, Muotri deyir ki, bu orqanoidlərin şüur ​​kimi zehni fəaliyyətlərə sahib olması ehtimalı yoxdur. "Organoid hələ də çox ibtidai bir modeldir - bizim başqa beyin hissələrimiz və strukturlarımız yoxdur. Beləliklə, bu beyin dalğalarının real beyinlərdəki fəaliyyətlərlə heç bir əlaqəsi olmaya bilər."

Muotri deyir: "Ola bilsin ki, gələcəkdə biz insan beynində davranışları, düşüncələri və ya yaddaşı idarə edən siqnallara həqiqətən yaxın olan bir şey əldə edəcəyik". "Amma mən hesab etmirəm ki, hazırda bunlardan hər hansı birinə sahib olduğumuzu söyləmək üçün əlimizdə hər hansı bir dəlil var."

İrəliyə baxaraq, komanda orqanoidləri daha da təkmilləşdirməyi və onlardan autizm, epilepsiya və şizofreniya kimi neyron şəbəkəsinin nasazlığı ilə əlaqəli xəstəlikləri başa düşmək üçün istifadə etməyi hədəfləyir.

Muotri deyir: "Bir alim olaraq mən insan beyninə getdikcə yaxınlaşmaq istəyirəm". "Bunu etmək istəyirəm, çünki yaxşı tərəflərini görürəm. Nevroloji xəstəlikləri olan insanlara daha yaxşı müalicə və daha yaxşı həyat keyfiyyəti verməklə onlara kömək edə bilərəm. Amma limitin harada olduğuna qərar vermək bizim ixtiyarımızdadır. Ola bilsin ki, texnologiya hələ hazır deyil və ya texnologiyaya necə nəzarət edəcəyimizi bilmirik. Bu, körpələrdə CRISPR ətrafında eyni cür müzakirədir və buna görə də cəmiyyətin bütün hissələrini təmsil edən etik komitələrimiz var."


Bir qabda xəstəliklər: psixi pozğunluqların modelləşdirilməsi

Alimlər psixi pozğunluğu olan xəstələrin dəri hüceyrələrindən istifadə edərək, şizofreniya və Parkinson xəstəliyi kimi xəstəliklər haqqında qeyri-adi anlayışlar təmin edən beyin hüceyrələri yaradırlar.

Tədqiqatçı s

Şizofreniya və ya autizm kimi bir çox zəif başa düşülən psixi pozğunluqlar üçün elm adamları tez-tez bu xəstələrin beynində nəyin səhv getdiyini və beyin zədəsi baş verməmişdən əvvəl onu necə düzəltmək üçün saatı geri çevirməyi arzulayırlar. Ancaq indi, laboratoriyadakı son inkişaflar sayəsində bu arzu gerçəkləşir.

Soldan sağa: Salk Bioloji Tədqiqatlar İnstitutunun genetika professoru və Kaliforniya Universitetinin Kavli Beyin və Ağıl İnstitutunun (KIBM) icra komitəsinin üzvü Fred Gage, San Dieqo (UCSD) və Anirvan Ghosh , UCSD-də neyrobioloq və eyni zamanda KIBM-in icraçı komitəsinin üzvü.

Tədqiqatçılar şizofreniya, autizm və digər nevroloji xəstəlikləri olan xəstələrin dəri hüceyrələrini yenidən proqramlaşdırmaq və laboratoriyada beyin hüceyrələrinə çevirmək üçün gen mühəndisliyi və böyümə faktorlarından istifadə edirlər. Orada, onların diqqətli nəzarəti altında müstəntiqlər neyronların necə inkişaf və ya fəaliyyət göstərməsinə xas olan qüsurları aşkar edə, ya da hansı ətraf mühitin toksinlərinin və ya digər amillərin onları petri qabında səhv aparmağa sövq etdiyini görə bilərlər. Bu "qabdakı xəstəliklər" ilə onlar həmçinin inkişafda səhv addımları düzəldə bilən və ya ekoloji təhqirlərin zərərinə qarşı dura bilən dərmanların effektivliyini yoxlaya bilərlər.

Neyroloq deyir: "Psixiatrik xəstəliyi bir petri qabında təkrarlaya bilməyimiz olduqca heyrətamizdir" Fred (Rusty) Gage, Salk Bioloji Tədqiqatlar İnstitutunun genetika professoru və San Dieqo, Kaliforniya Universitetinin Kavli Beyin və Ağıl İnstitutunun (KIBM) icraiyyə komitəsinin üzvü. "Bu, əvvəllər heç vaxt əldə edə bilmədiyimiz neyron dövrələrin fəaliyyətində incə dəyişiklikləri müəyyən etməyə imkan verir."

Aşağıda Gage və ilə söhbətin redaktə edilmiş stenoqramı var Anirvan Ghosh, Kaliforniya Universitetində neyrobioloq, San Dieqo və eyni zamanda KIBM-in icraçı komitəsinin üzvü. Hər iki tədqiqatçı nevroloji pozğunluqların modelləşdirilməsinin qabaqcıl tərəfindədir. Gage və Ghosh, yetkinləşməmiş vəziyyətə qayıtmağa səbəb olan insan dəri hüceyrələrinin ("induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələr" və ya IPS hüceyrələri) Parkinson xəstəliyi kimi psixi və neyrodegenerativ pozğunluqlar haqqında anlayışımızı və müalicəsimizi necə dəyişdirdiyini, həmçinin yeni modellərə yol açdığını müzakirə edir. bütün xəstəliklər üçün dərman inkişafı.

KAVLİ FONDU (TKF):Dr. Gage, modelinizdə siz neyronların şizofreniya xəstələri ilə normal idarəedicilər arasında olduqca oxşar göründüyünü tapdınız və sadəcə onların arasındakı əlaqələr (sinapslar) fərqlidir, elə deyilmi?

FRED "RUSTY" GAGE: Bəli. Bu, daha yaxından yoxlama demək deyil və daha yaxşı alətlərlə daha dərin və ya incə dəyişikliklər tapılmayacaq. Daha mürəkkəb bir vasitə ilə daha spesifik qüsurlar aşkar edilərsə, təəccüblənmərəm.

GAGE: Özümüzə etiraf etməliyik ki, bu, beyində baş verənlərin bir modelidir və bunu tək-tək bir əlaqə kimi düşünməməliyik. Xəstədə bunun necə baş verdiyini soruşmaq çox tezdir, əvəzinə biz bu dərmanların neyronlara necə təsir etdiyini soruşuruq.

TKF:Bəs bu modelləşdirmənin indiyə qədər ortaya qoyduğu sürprizlərdən bəziləri hansılardır?

GAGE: Bir sürpriz, neyronlara nöropsikiyatrik dərmanlar verildikdə struktur dəyişikliklərinə məruz qalmasıdır. Bu, gözlənilməzdir, çünki 1970-ci illərdən bəri şirkətlər beyində mövcud olan kimyəvi siqnalların miqdarını tənzimləyərək əhval-ruhiyyəni modulyasiya etdiyinizi əsas götürərək nöropsikiyatrik dərmanlar hazırlayırlar. Bu kimyəvi siqnallara nörotransmitterlər deyilir və buna görə də dərmanlar dopamin və serotonin kimi neyrotransmitterləri modulyasiya etməyə yönəlmişdir.

Ancaq işimdən aldığım ev mesajlarından biri odur ki, şizofreniya simptomlarına təsir edə bilən təkcə dopaminin anbaan tənzimlənməsi deyil, həm də bu sinapsların bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqəsinin struktur təşkili. Başqa sözlə, dopaminin və ya başqa bir birləşmənin tənzimlənməsinin dəyişdirilməsi, neyronların qarşılıqlı təsirinə təsir edən struktur dəyişikliklərinə səbəb olan əlavə təsirə malikdir.

TKF: Bu, bu dərmanların bir çoxunun bir xəstənin bir fayda əldə etməsindən əvvəl niyə uzun müddət tələb etdiyini izah edə bilər.

GAGE: Tam olaraq. Əgər depressiya sadəcə ötürücü məzmununun modulyasiyası və onun reseptor yaxınlığı ilə bağlıdırsa, niyə bu antidepresanlar dərhal təsirini göstərmir? Normalda həftələr çəkir. Ortaya çıxan fikirlərdən biri odur ki, bunun daha uzun sürməsinin səbəblərindən biri də bu dərmanların gözlədiyimizdən başqa təsirlərə malik olmasıdır. Bizim tapıntılarımız bu ehtimalı dəstəkləyir. Gələcəyə baxsaq, yeni nəsil dərmanlar dopamin və ya serotonin konsentrasiyalarını deyil, sinapsların strukturunu və funksiyasını hədəfləyə bilər.

TKF: Dr. Ghosh, bu modelləşdirmə başqa hansı sürprizləri ortaya qoydu?

ANIRVAN GHOSH: Düşünürəm ki, Rustinin şizofreniya haqqında kəşf etdiyi şey diqqətəlayiqdir. Bu olduqca geniş bir xəstəlikdir və şübhə etdiyimiz bir çox fərqli genetik səbəb ola bilər. Bununla belə, xəstələr arasında ortaq hüceyrə xüsusiyyətlərinin (fenotip) olduğunu aşkar etdilər. Bu, çox həyəcan verici bir nəticədir, çünki o, fenotipi - fiziki əlamətləri - tapa bilmə ehtimalını artırır, bu, xəstəliyi olan şəxslərin əksəriyyəti üçün deyilsə, paylaşıla bilər.

TKF: Bunu daha da araşdırmaq üçün hansı texnoloji irəliləyişlərə ehtiyac var?

GAGE: Bir məhdudiyyət odur ki, biz hüceyrələri xüsusi hüceyrə tiplərinə - neyronal alt tiplərə ayırmamışıq. Hal-hazırda biz bu neyronları yerə qoyuruq və onlara mümkün qədər əlaqə yaratmağa imkan veririk. İrəliyə baxsaq, hüceyrələri fərqləndirmək bizim üçün vacib olacaq. Məsələn, düşünmə tapşırıqlarına cavabdeh olan kortikal neyronları və ya yaddaş tapşırıqlarına cavabdeh olan hipokampal neyronları fərqləndirmək və modelləşdirmək. Bir gün buna nail olmaq üçün mikrofluidik kameralardan istifadə etdiyimizi görə bilərəm. Onlar bizə müəyyən yerlərdə neyronların mikroskopik olaraq spesifik alt tiplərini bölməyə imkan verəcək və sonra onların bir-birinə necə bağlanmasını tənzimləyəcək. Beləliklə, bu alt tiplərin beyində bir-biri ilə necə əlaqə saxladığını daha dəqiq şəkildə simulyasiya edə bilərsiniz. Bunun gələcəyi həqiqətən maraqlıdır, çünki yemək daha mürəkkəbləşəcək.

TKF: Beləliklə, siz "xəstəliyi bir qabda" ilə "labaratoriyanı" birləşdirə biləcəksiniz?

GAGE: Bəli, bunun biomühəndislik hissəsi çox həyəcanlı və maraqlı olur və bir çoxumuz buna çox güvənəcəyik. O, üçölçülü mədəniyyətlərə imkan verəcək ki, məsələn, Parkinson xəstəliyindən təsirlənən neyron növlərinə gradient vasitəsilə proyeksiya edən dopamin neyronlarına sahib ola biləsiniz. Bu yolla siz beyninizdə gördüyünüz kimi bütöv bir neyron şəbəkəsi və ya dövrə qura bilərsiniz. Biz həmçinin Parkinson xəstəliyində iltihabın hansı rol oynadığını anlamağa çalışırıq. Beləliklə, hazırda inkişaf etdirdiyimiz bu xəstəlik modelimiz üçün beynin immun reaksiyalarını inkişaf etdirdiyi düşünülən neyronlardan başqa müxtəlif beyin hüceyrəsi növlərini yaratmalıyıq.

TKF: Və psixi pozğunluqları sanki yan-yana, daha doğrusu, qab-qacaq müqayisə edə bilərsiniz.

GAGE: Fikir budur. Bu xəstəliklər üçün modellər topladıqca - bipolyar xəstəlik, şizofreniya, depressiya, autizm - onlar arasında hüceyrə və ya gen ifadəsi səviyyəsində həqiqətən fərqlərin olub olmadığını araşdıra biləcəyik.

İnsan neyronları dəridən alınan kök hüceyrələrdən fərqlənir. Təsirə məruz qalmamış fərdlərin və xəstələrin neyronlarının müqayisəsi nevroloji və psixiatrik pozğunluqların əsas səbəbləri haqqında fikir verə bilər. (Kredit Ji-Eun Kim və Anirvan Ghosh, UCSD)

GHOSH: Mən də xəstə qruplarını təbəqələşdirmək və onlar üçün daha uyğun olan müalicələri inkişaf etdirmək üçün bu platformadan istifadə etməkdən çox məmnunam. Məsələn, autizmin bir çox səbəbi var, buna görə də eyni dərman bu pozğunluğu olan bütün xəstələr üçün işləməyə bilər. Ancaq bu xəstələrin mədəni neyronlarının müəyyən bir dərmana və ya stimula necə reaksiya verdiyini görə bildik. Buna əsaslanaraq, biz onları xüsusi qruplara ayıra və bununla da onlar üçün daha təsirli olan müalicəni təmin edə bilərik. Bir neçə ildən sonra yolun aşağı düşdüyünü təsəvvür etmək olar, əgər autizmli bir uşağınız varsa, onun hansı alt tipə düşdüyünü, hansı növ müalicə alacağına təsir edən müəyyən etmək üçün bu cür platformadan istifadə edə bilərsiniz.

GAGE: Razıyam. Əsas elm adamları və klinisyenler arasında maraqlı bir interfeys olacaq. Məsələn, şizofreniyada həkimin xəstənin minimal cavab verə biləcəyi dərmanı tapmazdan əvvəl üç və ya dörd fərqli psixoaktiv dərmanı sınaqdan keçirməsi qeyri-adi deyil. Ancaq düşünək ki, xəstələri öz beyin hüceyrələrinə və onların necə fəaliyyət göstərməsinə əsaslanaraq ən uyğun dərmanı seçmək üçün təbəqələşdirə bilərik? Bundan əlavə, bu, bəzi xəstələrin eyni dərmanlara necə və niyə reaksiya verə biləcəyini, digərlərinin isə reaksiya vermədiyini mexaniki olaraq anlamağa kömək edəcək.

TKF: Görünür, daha selektiv və hədəflənmiş dərmanların istifadəsi dərman sənayesində inqilabi təsir göstərə bilər. Dərman istehsalçılarının bu cür modelləşdirmə üçün dəstəyini necə hiss edirsiniz?

GHOSH: Bundan narkotik vasitələrin süzgəcləri və dərmanların kəşfi üçün bir platforma kimi istifadə etmək çox maraq doğurur və bunun necə inkişaf etdiyini görmək üçün mütləq beş il gözləmək lazım deyil. Bu olduqca təəccüblü və olduqca cəsarətlidir, çünki fərqləri bildirən məqalələrin çoxu inanılmaz dərəcədə yenidir və bir çox laboratoriyada bildirilməyib. Normalda sənaye bu cür şeylərə girməkdə olduqca mühafizəkar olur. Keçmişdə, laboratoriyamızda bu və ya digər proqram haqqında müxtəlif əczaçılıq şirkətləri ilə danışdığımız zaman, onlar tez-tez onun ilkin ekran halına gətirilməsini gözləmək istəyirlər və əməkdaşlıq üçün biotexnoloji şirkətlərlə işləməyi üstün tuturlar—onlar tez-tez Bir əczaçılıq şirkəti işə başlamazdan əvvəl aralıq pəncərə idi. Lakin bu halda, Roche və mən müxtəlif akademik qruplarla birbaşa qarşılıqlı əlaqədə fəal olmuşuq.

GAGE: Mən də görürəm. Əczaçılıq sənayesi həqiqətən maraqlanır və əsas laboratoriyalar və öz işləri arasında daha çox qarşılıqlı əlaqəni dəstəkləyir. Əsas elm və klinik elm laboratoriyaları arasında daha sıx əlaqə var. Biz bu uşaqlarla hər zaman xəstələr haqqında danışırıq, bu, həqiqətən heyrətamizdir. Biz əsas elm adamları xəstələrə qulluq edən klinisyenlərlə işləməklə çoxlu daxili məlumat əldə edirik. Klinisyenlər də bundan faydalanır və indi getdikcə daha çox klinisyen zəng edib deyir: “Bizim həqiqətən maraqlı xəstələr qrupu var və sizin onlarla nəsə edə bilib-bilməyəcəyinizi görmək istərdik”. indi bildiklərimizi nəzərə alaraq orada nələrin ola biləcəyi ilə bağlı xüsusi fərziyyələr formalaşdırmağa başlayır. Təəccüblüdür ki, biz artıq laboratoriya ilə klinika arasındakı körpüdəyik. Sahəyə gələn gəncləri görmək də həyəcanvericidir. Hüceyrə biologiyası, molekulyar biologiya, əsas fiziologiya və ya digər ixtisaslar üzrə təhsil almış bu insanlar indi xəstəliklə bağlı xüsusi tədqiqatlara həqiqətən də uyğun bir şəkildə töhfə verə bilirlər.

TKF: Bu yeni dinamika necə inkişaf etdirilir?

GHOSH: Əsas elm laboratoriyaları, sənaye və xəstə fondları arasında qarşılıqlı əlaqələr dəyişir və çox məhsuldar olduğunu sübut edir və əvvəldən Kaliforniya Regenerativ Tibb İnstitutu böyük təsirə malikdir. Laboratoriyamız da daxil olmaqla, bir çox insanı bu sahəyə cəlb edir və əks halda sahib ola bilməyəcəkləri şeyləri araşdırır. Tez-tez spesifik xəstəliklərlə əlaqəli olan fondlar bütün bu müxtəlif qrupları bir araya gətirməkdə və onların birlikdə səmərəli işləməsində çox müsbət rol oynamışdır. Əslində, xəstə fondları inanılmaz dərəcədə vacibdir, çünki NIH və Konqres kimi yerlərdə bu tədqiqatı dəstəkləmək üçün ən təsirli olanlardır.

Bütün bunların sayəsində, bu gün əsas elmi müşahidələrdən potensial müalicələrə necə keçmək haqqında daha çox danışılır. Bu, insan kök hüceyrə işindən yaranan və biologiyanın digər sahələrində o qədər də mövcud olmayan qeyri-adi bir ittifaq növüdür. Alimləri dərmanların hazırlanmasında iştirak edən qruplarla işləməyə sövq etmək üçün yeni və həqiqətən maraqlı bir modeldir.

TKF: Bu modelləşdirmə daha hansı əsas anlayışları təmin edir?

GHOSH: Normal insan neyronlarının inkişafı haqqında çox şey öyrənirik, bu, əvvəllər qeyri-mümkün idi, buna görə də hüceyrələrin necə yetkinləşdiyini və fərqləndiyini, sinapsların necə davrandığını və bəlkə də neyronları əhatə edən dövrələrin necə davrandığını anlamaq baxımından dərin bilik bazası var. Bu, müxtəlif pozğunluqların dərin əsas anlayışına gətirib çıxaracaq. Az sayda fərqli hüceyrələrin köçürülməsi ilə müalicə edə biləcəyiniz müəyyən pozğunluqlar da ola bilər, buna görə də bu bilik bunun üçün faydalı olardı. Hüceyrələrin bölünməsinə və ya çoxalmasına imkan verən yolları başa düşmək sinir sisteminin müəyyən bir aspektində hüceyrələri manipulyasiya etmək üçün də istifadə edilə bilər. Yetkin beyində bölünən hüceyrə populyasiyaları və onlardan əldə etdiyimiz biliklər var in vitro tədqiqatlar beyində yeni yaradılan hüceyrə populyasiyasını daha terapevtik üsullarla necə manipulyasiya edə və istifadə edə biləcəyinə təsir göstərə bilər. Bunlar çox araşdırılmayıb, lakin gələcəkdə faydalı ola bilər.

GAGE: Düşünürəm ki, bu, həm də bizə təkamüllə bağlı məsələlərə dair fikirlər verəcək. Bizdə əsasən bir qabda bütöv bir neyron zooparkı var, ona görə də bu modellərlə biz müxtəlif növlərin neyronları arasında fərqli ola biləcək əsas mexanizmlərə baxmağa və növlər arasındakı bu fərqlərin əsasının nə olduğunu araşdıra bilərik. Hətta daha yaxın qohumlarımıza da baxıb bizi insan edənin mahiyyətinə çata bilərik.


Laboratoriyada böyüyən insan beyni hələ də düşünmür

İngiltərədə tədqiqatçılar öz laboratoriyalarında kiçik insan beyni yetişdirirlər. Laboratoriyada daha çox ağılları kəsən, beyinləri insan dəri hüceyrələrindən böyütdülər. Bu kiçik beyinlər bunun olduqca heyrətamiz olduğunu düşünürlər? Hələ yox, amma bəzi elm adamları günün yaxınlaşmasından narahatdırlar.

Dərmanları sınaqdan keçirmək və ya Zika virusunun təsirlərini öyrənmək üçün kök hüceyrələrdən mini beyinlər yetişdirildiyi halda, insan beyninin necə və nə üçün beyinlərdən üstün olduğunu öyrənmək üçün ilk dəfə qeyri-kök hüceyrələrdən beyinlər yetişdirilir. digər primatların beyinləri, baxmayaraq ki, bizim DNT şimpanzelərin DNT-sindən cəmi 1,2 faiz fərqlidir. Bu, İngiltərənin Kembric şəhərindəki Tibbi Tədqiqatlar Şurasının (MRC) Molekulyar Tibb Laboratoriyasının tədqiqat rəhbəri Madeline Lancaster ilə son BBC Future müsahibəsinə əsasən belədir.

İnsan beyninin inkişafını daha yaxşı başa düşmək üçün biz beyin orqanoidləri adlanan yeni model sistem hazırlamışıq. Serebral orqanoidlər və ya qısaca olaraq mini beyinlər, insan beyninin inkişafını in vitro modelləşdirməyə imkan verən insan pluripotent kök hüceyrələrindən yaranan 3D toxumalardır.

Serebral orqanoidlər həqiqətən kiçikdir - yalnız 4 millimetr enində - və onların inkişafı heyranedicidir ... və qorxudur. Adi insan dəri hüceyrələri bir növ zülal kokteylinə batırılır və bu, onların yenidən embrion olmuş kimi böyüməsinə səbəb olur - yalnız dəri hüceyrələri bu qabiliyyətə malikdir. Bu yeni yaradılmış embrion kök hüceyrələrdən bir top Petri qabına yerləşdirilir və burada onların hər biri müxtəlif bədən hissələrinin hüceyrələrinə şaxələnməyə başlayır. Bu zaman bu daha böyük hüceyrələr topu, demək olar ki, heç bir qidası olmayan başqa bir Petri qabına yerləşdirilir, bu da hüceyrələri təsirli şəkildə aclıqdan öldürür - Lancaster'in dediyi kimi, beyin hüceyrələri istisna olmaqla, hamısı "... həqiqətən güclüdür - məncə heç kim bunun səbəbini bilmir. .”

Beləliklə, indi onların davamlı sağkalım beyin hüceyrələrindən ibarət Petri qabı var. Bunlar embrion kəllə kimi fəaliyyət göstərən xüsusi jele ilə doldurulmuş yeni Petri qabı (bu laboratoriya Petri qabının satıcısını çox zəngin etməlidir) ilə mükafatlandırılır – hüceyrələri kiçik bir embrion beyinə çevrilənə qədər üç ay ərzində qidalandırır, bəsləyir və formalaşdırır, Lancaster deyir ki, neyronlarla doludur.

Bu, çox xüsusi deyil, lakin bizə funksional neyronlar yaratdığımızı və onların neyron kimi fəaliyyət göstərdiyini bildirir.

Mini beynin en kəsiyi

Bu o deməkdirmi ki, kiçik beyin düşünür? Lancaster yox deyir və o, laboratoriyasının onlardan yalnız autizm və şizofreniya kimi nevroloji vəziyyəti öyrənmək üçün istifadə edəcəyini vəd edir.

Bu, məncə, yaxşı haldır. Orada düzgün şəbəkə formalaşmasının olduğunu düşünsəm, bəzi problemlərim olardı.

Bununla belə, o, etiraf edir ki, növbəti addım dəri hüceyrələrindən şimpanze beyni yetişdirməkdir ki, bu da daha az etik məhdudiyyətlərə malikdir. Plimut Universitetinin İdrak İnstitutundan Dr.Martin Koat xəbərdarlıq edir ki, digər elm adamları Lancaster qədər prinsipial olmaya bilərlər.

Laboratoriyada yetişdirdiyimiz, lakin insan beynindən daha sadə səviyyədə olan bir şey, elektron gözlərə, qulaqlara və əllərə qoşula bilər və bir çox sadə həyat kimi mürəkkəb bir şey etməyi öyrədə bilər – canlılar. Bu mənə o qədər də uzaq görünmür.

‘tam işləyən’ olan bir insan beyni şüurlu olardı, ümidləri, xəyalları, ağrıları hiss edər və ona nə etdiyimiz haqqında suallar verərdi.

Nə cavab verəcəkdilər? NƏ CAVAB VERMƏLİDİR? Çox gec olardı. Artıq çox gecdir?


Skinner qutusunun açılması - 9-cu fəsil (onlayn)

→→ hipokampusda işləmək çətin olan sinir hüceyrələrini tədqiq etdi və o, nəhəng dəniz salyangozu aplysia - şlak üzərində işləməyə qərar verdi, çünki onlarda cəmi 20.000 neyron var, onların çoxu gözə və sinir sisteminə görünən eynidir. insanlar kimi

→ Kandel öyrədilmiş ilbiz -- elektrik zondu ilə onların qarmaqarışıq bədənlərinə toxundu və dəniz şlakının giləsi geri çəkildi

→→ tezliklə kəşf etdi ki, bu refleks dəyişdirilə bilər, ancaq öyrənmənin 3 fərqli forması

→→ onun neyronları dəyişdi -- sinapslar əlaqəni gücləndirən elektrokimyəvi siqnalları ötürərək gücləndi

→ sonra göstərdi ki, cAMP-cavab elementini bağlayan proteini (CREB) (1-ci sinir hüceyrəsindəki kiçik molekul) bloklamaqla konvoyu poza bilər.

→→ yaş, zaman anlayışlarımızı yenidən nəzərdən keçirməyi vəd edən yeni dərmanlar sinfinə yaxınlaşmaq

→→ məqsəd - petri qabındakı cisimsiz neyronlara və ağıldakı təcəssüm olunmuş neyronlara daha güclü, daha uzunmüddətli əlaqələr yaratmağa kömək edəcək kimyəvi birləşmə tapın

→ dərman birtəhər arxivlərimizin qapaqlarını açsa nə olar

→→ bizi o qədər təfərrüatlı keçmişdə tələyə sala bilər ki, diqqətimizi harada olduğumuza yönəldə bilmirik


Harvard nevroloqu Venkatesh N. Murthy, Harvardın Molekulyar və Hüceyrə Biologiyası Departamentinin professoru olduğu İlahiyyat prospektində günəşli ikinci mərtəbədə ofisi var. Bir küncdə çəkilər dəsti və bir futbol topu var - hər ikisinə bir ildən çox müddət ərzində toxunulmamışdır, dedi, gərgin iş qrafiki səbəbindən.

Caz CD-ləri yığını var - 43 yaşlı Murti pərəstişkarıdır və caz gitarasında pis ifa etdiyini etiraf edir - və onun ixtisasına dair gizli cızıqlarla örtülmüş ağ lövhə var: beyin hüceyrələrinin bir-biri ilə necə əlaqəsi.

Bu, böyük rəqəmləri əhatə edən bir ixtisasdır. Orta hesabla 3 kiloluq insan beynində təxminən 100 milyard neyron var. Onları birləşdirən 10 trilyon sinaps, neyronları bir-birinə bağlayan dövrəyə bənzər kimyəvi yollardır. "Daha yüksək beyin sahələrinin gücü" dedi Murthy, "rəqəmlərdədir."

Rəqəmlərin neyronlara və beyinə böyük hesablama gücü verdiyini söylədi. Öz növbəsində, beynin plastikliyi (funksional çeviklik) qismən böyük, kiçik, zəif, güclü ola bilən sinapslardan gəlir - trilyonlarla dəyişən bir sıra.

Sinapsların necə böyüdüyünü, atəş açdığını, dəyişdirdiyini və qırıldığını öyrənmək vacib işdir. Neyronları birləşdirən sinaptik impulslar beyin və onurğa beynindən əzələlərə və orqanlara mesajlar çatdırmaqla beyin fəaliyyətini hərəkətə çevirir.

Hüceyrə səviyyəsində sinaptik əlaqənin faktiki mexanizmləri "əsasən sirlidir" dedi Murthy - "Venki" dostlarına.O, 1999-cu ildən Harvarddadır, nüfuzlu Salk Bioloji Tədqiqatlar İnstitutunda postdoktorluq işindən gəlib. Yalnız son on ildə, Murthy dedi, elm adamları sinapsların necə işlədiyinə dair "ağlabatan bir karikatura çəkməyə başladılar" - necə böyüdükləri, düzgün kimyəvi maddələrlə yükləndikləri, məlumat ötürdükləri, bir-biri ilə ünsiyyət qurduqları və təkrar emal olunduqları.

Sinapsların necə işlədiyini daha yaxşı başa düşmək bir gün sinir impulslarından təsirlənən xəstəliklərin müalicəsi üçün dərin təsir göstərə bilər. Bunlara Parkinson, autizm, depressiya və şizofreniya daxildir. (Sinaptik funksiya ilə əlaqəli bəzi genlərdəki mutasiyalar, genetik mənşəyi Murthy-nin marağına səbəb olan şizofreniya ilə əlaqələndirilir.)

O və tədqiqat qrupu sinapsların necə işlədiyini modelləşdirmək üçün siçanların beyinlərindən istifadə edir. Xüsusilə, onlar beynin qoxu məlumatının işləndiyi iybilmə ampulü adlanan bölgəsində sinapsların işıqlandırılmasının real vaxt rejimində şəkillərini çəkirlər.

Nəhayət, onlar beynin korteks adlanan daha dərin və daha mürəkkəb bölgəsində təcrübə ilə sinapsların necə dəyişdirildiyini araşdıracaqlar.

Bu arada qoxu ampulü bir model olaraq bir çox üstünlüklər təqdim edir. O, kəllənin səthinə yaxındır, qeyri-dəqiq və invaziv zondlara ehtiyacı aradan qaldırır. Və bu, bir sensor sistemdir - o deməkdir ki, məlum stimullara məlum cavablar dəsti var. Bir qoxu beynin ayrı bir yerində proqnozlaşdırıla bilən bir reaksiya yaradır.

Lakin hətta əlçatan və şəffaf iybilmə sistemində sinaptik əlaqəni müşahidə etmək və ölçmək texniki problemdir. Birincisi, neyronlar kiçikdir, metrin milyonda bir hissəsi ilə ölçülür - hər biri təxminən 10 mikron enindədir. Digəri üçün, onların əlaqəli sinapsları saniyənin yalnız fraqmentlərini əhatə edən keçici partlayışlarda alovlanır.

Beləliklə, Murthy və onun tədqiqatçıları sıfırdan qeyd və ölçmə alətləri yaratdılar. Bir neçə laboratoriyada sinaptik atəşi qeyd edən və onu gəmiricilərin burunlarına dəqiq dozalarda ardıcıl qoxu stimullarını çatdıran şəkillər və maşınlar kimi kompüterlərə endirən güclü multifotonlu mikroskopların optik mikroskop massivlərinin birləşmələri mövcuddur.

Bir laboratoriyada belə bir olfaktometr hər biri sintetik kimyəvi maddələrin qoxusunu dəqiq ölçməyə qadir olan 100 boru çıxarır. (Bəzi qoxular kamfora və nanə kimi tanışdır. Əksəriyyəti qoxu mərkəzini işıqlandırdığı bilinən sintetik kimyəvi maddələrdir.) Qoxu siqnalları dəyişən beyin reaksiyaları kaskadı kompüter ekranında qeydə alınan siçana gedir.

Murthy ofisində laptopunda bir neçə düyməni sıxır. Odorantla isladılmış kağız dəsmal ilə örtülmüş kiçik qutunun ətrafında gəmiricinin süzülən videosu görünür. Siçanın başına bir metr uzunluğunda bir sıra tük kimi çevik naqillər yapışdırılır. Onlar real vaxt rejimində siçanın qoxu stimullaşdırılmasına reaksiyasının şəkillərini ötürürlər.

Sıçrayan gəmirici elmi təməlləri qırır. Beləliklə, siçan tezliklə başqa bir Murthy laboratoriyasında qurulan lazer əsaslı ölçmə cihazında fırlanan bir plastik topun üstündə yerində işləyəcək. Bir qayda olaraq, sinaptik fəaliyyətin müşahidəsi ayıq, oyaq və ətrafa reaksiya verən heyvanlarda deyil, anesteziya edilmiş heyvanlarda aparılır.

Harvarddakı ilk illərində Murthy Petri qabında təcrid olunmuş hipokampusdan olan sinir hüceyrələrinin stimullara necə reaksiya verdiyini izləyərək in vitro sinaptik fəaliyyəti öyrənərək Salk İnstitutunun təcrübələrini davam etdirdi. Bu, sinaps biokimyasının "ətraflı mexanizmlərini" anlamaq üçün yaxşıdır, dedi. Lakin in vivo tədqiqatın əvəzi yoxdur - "həqiqi heyvanda faktiki davranış zamanı sinapslara" baxmaq, Murthy dedi. "Biz [sinaptik əlaqəni] real şey kontekstində başa düşmək istəyirik."

Murthy, Vaşinqton, Seattle Universitetində fiziologiya və biofizika üzrə doktorant olarkən meymunlar üzərində bu kimi təbii təcrübələr apardı.

Murthy'nin korteksdəki sinir impulsları haqqında doktorluq dissertasiyası elmi mətbuatda hit oldu. O və həmkar tədqiqatçılar, yeni öyrədilməmiş davranış zamanı ardıcıl (və ya sinxron) beyin fəaliyyətinin daha tez-tez baş verdiyini müşahidə etdilər. Fərziyyə: Bu fəaliyyət rejimi diqqət tələb edən mürəkkəb davranışlar zamanı beynin çoxsaylı bölgələrini koordinasiya edə bilər. Onun dissertasiyası, Murthy dedi, "hələ də mənim ən çox istinad edilən məqaləmdir və eyni zamanda nevrologiyada ən qədim məqaləmdir."

Hindistan əsilli tədqiqatçı, akademik dillə desək, olduğu yerə çatmaq üçün olduqca ekssentrik bir yol tutduğunu etiraf edir. Atası mühəndislər ailəsindən olan mühəndis idi və Murthy özü - istedadlı bir tələbə - vətəni Cənubi Hindistandakı Chennai (Madras) Hindistan Texnologiya İnstitutunda maşınqayırma üzrə bakalavr dərəcəsinə layiq görüldü.

Hindistanın yeddi Hindistan Texnologiya İnstitutu, o cümlədən Chennai, ildə təxminən 100,000 müraciəti nəzərdən keçirir, bu ərizəçilərin 4,000-i qəbul edilir.

“İçəri girəndən sonra ora getməmək çətin olacaq” – o, məzun sinfindən (1986) digər iki Harvard professoru yetişdirdiyi məktəb haqqında dedi: Ananth Raman (Harvard Biznes Məktəbi) və L. Mahadevan (Harvard Universiteti Mühəndislik Məktəbi) və Tətbiqi Elmlər).

O, Vaşinqtonda biomühəndislik üzrə magistr dərəcəsi alıb, "amma mən hələ də tənliklər yazır və onları başqası üçün həll edirdim" dedi Murti. "Mən hələ də elmin nə demək olduğunu başa düşmədim - bir şeyin necə işlədiyini anlamağa çalışmaq, suallar vermək, sonra həll yollarını tapmaq."

Biofizika və fiziologiya üzrə doktoranturaya keçdi. 25 yaşında, Murthy dedi, o, biologiya üzrə ilk kurs işi də daxil olmaqla, nəhayət elmi tam şəkildə araşdırmağa hazır idi.

Sietldən ayrılarkən, o, neyronların hüceyrə səviyyəsində təhlili olan həyatının işinə qərar verdi. Salk "mən edə biləcəyim ən yaxşı şey idi" dedi Murthy - sinapsların necə işlədiyinə dair çoxşaxəli bir daldırma. Sinaptik ötürülmə "bütün heyvanlar üçün (ümumi) elementar bir hadisədir" dedi və bunu hələ də sirli "incə tənzimləmə" arenası adlandırdı.

Nyutonda, Mass.-da evdə də bir növ incə tənzimləmə var. Bir vaxtlar aspirant məktəbi olan futbolçu və qastrol velosipedçisi biotexnoloji klinik sınaqlar üzrə mütəxəssis olan bioloq arvadı Meredith ilə iki qızını (Sofi, 4 və Sonia, 1) böyütmək üçün məşq edir. Murthy iki məşğul dünya arasındadır - uzun saatlar araşdırma və dərin saatlarla uşaq baxımı.

Xoşbəxtlikdən, qəhvə var. Espresso maşını aspirantların bir dişlədiyi və oxuduğu kabinetinin ön otağında uzaqlaşır. "Etiraf edirəm ki," Murthy çini stəkanını qarışdıraraq dedi, "bir az aludə oldum."


Bir qabda pozğunluq: PhD alum Sundari Chetty autizm və şizofreniya xəstəliyini öyrənmək üçün insan hüceyrələrindən istifadə edir

Autizm və şizofreniya kimi pozğunluqların altında yatan mexanizmləri anlamaq üçün Sundari Chetty əvvəlcə xəstələrdən qan və ya dəri hüceyrələrini alır və onları kök hüceyrə halına gətirir. Sonra o, bu sözdə induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələri (iPSCs) müxtəlif növ yetkin beyin hüceyrələrini istehsal etməyə kömək edir və ona potensial müalicələri sınaqdan keçirə biləcəyi bir petri qabında pozğunluqları modelləşdirməyə imkan verir.

Chetty Stenford Universitetində psixiatriya və davranış elmləri üzrə dosentdir və Berkeley Neuroscience PhD proqramının məzunudur. O, UC Berkeley-də molekulyar və hüceyrə biologiyası ixtisası üzrə bakalavr pilləsində idi və burada bir tələbə olaraq terapevtik cəhətdən əlaqəli nevrologiya tədqiqatlarına həvəsini kəşf etdi. Robert Knightın laboratoriyası . Nayt nevroloqdur və Helen Wills Neyroccience İnstitutunun üzvüdür.

Chetty-nin Berklidə nevrologiya ilə tanış olması onu Neyrologiya üzrə PhD Proqramına qoşulmağa ruhlandırdı. O, doktorluq dissertasiyasını müdafiə etmişdir Daniela Kauferin laboratoriyası , burada o, stressin yetkin siçovulların beyninin hipokampusunun kök hüceyrələrinin taleyini necə dəyişdirdiyini və bunun öyrənmə və yaddaşa necə təsir göstərə biləcəyini öyrəndi. Daha sonra o, doktoranturadan sonrakı təqaüdlə davam etdi Duqlas Meltonun laboratoriyası Harvardda o, insan embrion kök hüceyrələrinin və iPSC-lərin diferensiasiyasını və hüceyrə taleyi seçimini tənzimləyən mexanizmləri öyrənmişdir. Postdokturadan sonra 2016-cı ildə Stanfordda öz laboratoriyasına başladı.

Nevroloji xəstəliklər üçün yeni müalicə üsullarını axtarmaq üçün insan hüceyrələrindən necə istifadə etdiyini öyrənmək üçün Chetty ilə sual və cavablarımızı oxuyun. Nə üçün Berklidəki nevrologiya atmosferini bəyəndiyini və valideyn olmağın inkişaf nevroloqu ilə necə yaxşı uyğunlaşdığını öyrənmək. Bu sual və cavab uzunluq və aydınlıq üçün redaktə edilmişdir.

Reyçel Henderson: Neyrologiyaya marağınız necə yarandı?

Chetty və qızı Halloween bayramında.

Sundari Chetty: Mən həkim ailəsində böyümüşəm. Atam da həkimdir, iki bacım və kiçik qardaşım. Ona görə də mən həmişə tibb və onun arxasında duran elmlə çox maraqlanmışam. Mən UC Berkeley-də bakalavr dərəcəsi alarkən tədqiqatla maraqlandım. Mən neyrobiologiyanı vurğulayaraq molekulyar və hüceyrə biologiyası [MCB] şöbəsində idim. Neyrologiya tədqiqatlarına məruz qaldığım üçün şanslı oldum Bob Knight'ın laboratoriyası , bu, həqiqətən də terapevtik əhəmiyyəti olan tədqiqatlar aparmağa marağımı oyatdı. Mən həqiqətən tərcümə xarakterli bir şey etmək istəyirdim - elm və təbabətə olan marağımı birləşdirmək üçün bəzi neyrodegenerativ xəstəliklər və ya psixi sağlamlığa təsir edən neyrobioloji problemlər üçün yeni müalicə üsulları tapa bildim.

RH: Nə üçün Berklidə Neyrologiya üzrə PhD Proqramını seçdiniz?

SC: Mən bakalavr dərəcəsi almaq üçün Berkliyə getdim və xüsusən də son bir neçə ildə həm MCB-də, həm də Bob Knightın laboratoriyasında işləyərək koqnitiv nevrologiya vasitəsilə çoxlu nevrologiya tədqiqatlarına məruz qaldım. Bu, həqiqətən, beynin necə işlədiyini və işlədiyini və bunun normal rifaha, eləcə də bir çox psixi pozğunluqlara və ya neyrodegenerativ pozğunluqlara necə təsir göstərə biləcəyini anlamaq istəyimə səbəb oldu. Mən Berklidə olduğum üçün fakültəni və atmosferi kifayət qədər yaxşı tanıdığım üçün Berklidə PhD dərəcəsi almaqda çox maraqlı idim.

Berklidəki Neyrologiya Proqramını çox bəyəndim. O dövrdə o qədər yeni idi və fənlər üzrə digər laboratoriyalarla əməkdaşlıq imkanları da daxil olmaqla, çoxlu potensiala malik idi. Elmin bu ab-havasını çox bəyəndim və çox zənginləşdirici proqram kimi görünürdü ki, burada çox şey öyrənirsən, sualların həlli üçün yeni üsullarla tanış olursan və hətta bir sahədə olsanız belə, müxtəlif həmkarlarınızla inteqrasiya edə bilirsiniz. laboratoriya.

RH: Doktorluq dissertasiyanız nə ilə bağlı idi?

SC: Mən doktorluq dissertasiyasını müdafiə etdim Daniela Kauferin laboratoriyası , burada stressin beynə necə təsir etdiyini araşdırdım. Xüsusilə, stressin yetkinlik dövründə hipokampal nörogenezə necə təsir etdiyinə baxırdıq. Hipokampusda yetkinlik dövründə neyron olmaq qabiliyyətinə malik olan və öyrənmə və yaddaşa təsir edən sinir kök hüceyrələrinin olduğu bir bölgə var. Stressin bu prosesi necə tənzimlədiyinin molekulyar və hüceyrə mexanizmlərini başa düşmək məni xüsusilə maraqlandırırdı. Siçovul modellərindən də istifadə etdik in vitro hüceyrə mədəniyyəti sistemləri, burada biz sinir kök hüceyrələrini siçovulların beyinlərindən təcrid etdik, onları yetişdirdik və onları stress hormonlarına, xüsusən də kortizolun gəmirici forması olan kortikosterona məruz qoyduq. Aşkar etdiyimiz şey, yüksək səviyyəli kortikosteronun varlığında sinir kök hüceyrələrinin hər ikisi idi in vitro eləcə də in vivo oliqodendositlərə çevrilir Ed. Qeyd : oliqodendositlər neyronların üzərində neyronların aksonlarını əhatə edən miyelin qabığını əmələ gətirən qlial hüceyrələrdir. Neyronların miyelinləşməsinə təsir edən oliqodendrosit yolunu dəstəkləyərək yeni neyronların nəslini basdırdıq və qlükokortikoid reseptoru vasitəsilə stress siqnalı mexanizmlərini bloklasaq, bu təsirlər geri qaytarıla bilər.

Chetty və Stenforddakı laboratoriyası.

Bunu göstərdiyimiz yol in vivo bir neçə fərqli stress paradiqması ilə idi. Biz siçovulları məhdudlaşdıran stressə məruz qoyduq və bu, bir həftə ərzində onların stress hormonlarını yüksəldir. Sonra beyinləri təcrid edib, hipokampusun dişli girusunda yerləşmiş sinir kök hüceyrələrinə baxacaq və bu sinir kök hüceyrələrinin hüceyrə taleyini araşdıracaqdıq. İçində in vivo modeldə də gördük ki, sinir kök hüceyrələri neyronların nəslini sıxışdırıb və daha çox oliqodendosit nəslinə malikdir. Sonra kortikosteronu birbaşa heyvanlara yeritdik və eyni təsirləri gördük – neyronlar üzərində oliqodendrositlərin əmələ gəlməsində artım oldu. Bunun funksiyaya, öyrənməyə və yaddaşa necə təsir edəcəyinə baxmaq üçün bəzi ilkin araşdırmalara başladıq. Bu hələ ilkin mərhələlərdə idi, lakin uzunmüddətli öyrənmə və yaddaşın saxlanmasına təsir göstərmiş, travma sonrası stress pozğunluğu kimi pozğunluqlara potensial təsir göstərmişdir.

RH: Berklidə bakalavr təhsili aldığınız üçün Neyrologiya üzrə PhD Proqramına başlamazdan əvvəl Daniela Kauferi tanıyırsınız?

SC: Xeyr, etməmişəm. Daniela əslində UC Berkeley-ə mənim birinci ilimdə qatıldı, ona görə də onun işi ilə yalnız Berkliyə gələndən sonra tanış oldum. Onun laboratoriyası mənim birinci il ərzində etdiyim dördüncü rotasiya idi, amma həqiqətən də ona aşiq oldum. Mən bunun həm molekulyar, həm də hüceyrə mexanizmini və bunun zehni rifah və ya beyin funksiyasına necə çevrildiyini bəyəndim. Əsas elmi öyrənmək və bunun insan davranışına necə təsir edə biləcəyini görmək mənim çox xoşuma gəldi.

Mən əslində görüntüləmə və koqnitiv nevrologiyada bir neçə fırlanma etdim, sonra primat modelləri ilə işlədiyim daha sistemli yanaşmaya keçdim. Sonra mən daha çox molekulyar və hüceyrəli laboratoriyada - Danielanın laboratoriyasında oldum. Mən bütün bu spektri əsasən ona görə etdim ki, hansı sahəyə daxil olmaq istədiyimə əmin deyildim. Ancaq nevrologiyanın bütün aspektləri ilə tanış olduğum üçün sevindim.

RH: Sizin HWNI üzvü Uilyam Yaqustla da nəşriniz olduğunu gördüm.

SC: Bu, fəlsəfə doktorluğumun birinci ilində Bill Yaqustun laboratoriyasındakı rotasiyamdan idi. Hər rotasiyam çox məhsuldar oldu. Hər bir fırlanmada əldə edə biləcəyiniz qısa müddət olsa da, həqiqətən də bir çox layihələrə dərindən girmək imkanım oldu ki, bu da sahədəki texnikaların geniş spektrinə çox gözəl məruz qalma idi.

RH: Ümumiyyətlə, Berkeley Neuroscience PhD Proqramında təcrübəniz necə idi?

SC: Mən Berkeley PhD proqramını sevirdim. Hələ də onunla bağlı xoş xatirələrim var. Hər sinifdəki tələbələrin kohortları fantastik idi. Təxminən 10 tələbədən ibarət olduqca kiçik bir sinif idik və mən hələ də akademik tədqiqatlar aparan və ya sənayeyə köçən bir çox sinif yoldaşlarımla əlaqə saxladım. Beləliklə, həqiqətən də uzun müddət davam edən gözəl əlaqələr və dostluqlar formalaşdırdı. Bu, ətrafda olmaq üçün çox həvəsli, elmə həvəsli və həvəsli insanlar qrupu idi. Onlarla həyatınızda baş verən ideyalar və ya hər hansı bir şey haqqında danışmaq asan idi.

Fərqli sahələrə məruz qalmağı çox bəyəndim, təkcə nevrologiyada deyil, həm də molekulyar və hüceyrə biologiyasının digər sahələrində, əsasən HWNI MCB ilə çox sıx birləşdiyi üçün. Bir çox sahələrin arxasındakı elmi görmək, seminarlarda və jurnal klublarında iştirak etmək şansı əldə edirsiniz.

Neuroscience PhD Proqramı bizə sinif yoldaşlarımızla bu gözəl nahar etmək imkanı verdiyi Neurofriends adlı bir şeyimiz var idi. Düşünürəm ki, bu, həqiqətən də bizə sıx əlaqələr yaratmağa və sinif yoldaşlarımızın gördükləri iş haqqında eşitməyə kömək etdi. Çox vaxt onlar eyni sahədə deyildilər - bəziləri görüntüləmə və koqnitiv nevrologiyada ola bilər, bəziləri daha çox sistem sahəsində, bəziləri isə daha çox molekulyar və hüceyrə biologiyası sahəsində idi. Öz sinif yoldaşlarınızla daha qeyri-rəsmi şəraitdə ünsiyyət qurmaq imkanlarının olması həqiqətən xoş idi.

RH: Berklidən ayrıldıqdan sonra nə etdin?

SC: Daniela'nın laboratoriyasında doktorluq dissertasiyasımdan sonra kök hüceyrə tədqiqatı ilə maraqlanmağa davam etdim və həqiqətən də onu daha çox terapevtik aktuallığa çatdırmaq istədim, bu mənim uzunmüddətli marağımdır. O dövrdə insan embrionunun kök hüceyrə işi böyük sürət qazanırdı. -də araşdırma aparmaq istəyirdim induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələr (iPSCs) və insan embrion kök hüceyrələri (ESCs) və ümid edirəm ki, onu nevrologiyaya və ya neyrodegenerativ xəstəliklərə qaytaracaq. Buna görə də Harvardda postdoktura keçməyi seçdim Doug Melton’s insan ESC və iPSC-lərin hüceyrə taleyini tənzimləyən mexanizmləri öyrəndiyim laboratoriya.

Chetty laboratoriyasından araşdırma.

Kök hüceyrə sahəsindəki əsas problemlərdən biri, müxtəlif kök hüceyrə xətlərini seçdiyiniz nəsillərə səmərəli və effektiv şəkildə istiqamətləndirməkdir. Bir çox maneələr ESC və iPSC-lərin asanlıqla fərqlənməsinə mane olur, onların xəstəliklərin modelləşdirilməsi və müalicəsi üçün tətbiqlərini əhəmiyyətli dərəcədə məhdudlaşdırır. Postdoc zamanı mən diqqəti ESC/iPSC diferensiasiyasını tənzimləyən mexanizmləri başa düşməyə yönəltdim və aşkar etdim ki, hüceyrə dövrünün erkən G1 fazasında hüceyrələri zənginləşdirməklə hüceyrə proliferasiyasını və hüceyrə siklini modulyasiya etsəniz, hər hansı bir nəsildə diferensiasiyaya meyl artar. istiqamətləndirilmiş differensasiyadan sonra seçim. Bunun vacib olmasının səbəbi, ESC/iPSC-lərin fərqləndirmə üzərində gücləndirilməsini təşviq edən qısa boşluq fazaları ilə kəsilmiş hüceyrə dövrünə malik olmasıdır. Bununla belə, G1 boşluq mərhələsində hüceyrələri zənginləşdirmək və hüceyrələrin hüceyrə bölünməsindən fasilə verməyə imkan verməklə, ESC/iPSC-lər qabdakı fərqləndirmə siqnallarına əhəmiyyətli dərəcədə daha çox cavab verdi. Bu iş mənim Danielanın laboratoriyasında sinir kök hüceyrələrinə və ətraf mühitin tetikleyicilərinin hüceyrə taleyini necə dəyişdirə biləcəyinə baxaraq etdiyim işin xətti boyunca idi. Ancaq burada mən daha çox terapevtik tətbiqlər üçün embrion və induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələrin fərqlilik potensialını bədəndəki hər hansı bir nəsildə ortaya çıxarmağa yönəlmişdim.

Sonra öz laboratoriyamı açmaq üçün Stenforda köçdüm. Mən psixiatrik pozğunluqları, xüsusən də autizm və şizofreniyanı öyrənmək üçün insan iPSC-lərindən istifadə edirəm. Biz autizm və şizofreniya kimi pozğunluqları humanistləşdirilmiş modellərdən istifadə edərək başa düşə biləcəyimiz və həmçinin dərmanların yoxlanılması ilə yeni terapevtiklərin müəyyən edilməsi ümidi ilə xəstəliklərin modelləşdirilməsi yanaşmaları üçün insan iPSC-lərdən istifadə edirik. in vitro sistemi.

Davam edən layihələrimizdən bəziləri beyin böyüməsi olan və olmayan autizmli uşaqların öyrənilməsinə yönəlib. Bildiyiniz kimi, autizm spektrinin pozulması olduqca heterojendir. Autizmin bir çox müxtəlif alt növləri var, adətən qızlara nisbətən oğlanlara daha çox təsir edir. Otistik uşaqların təxminən 20%-nin beyni bədən boyu ilə müqayisədə böyüyür və bu, pis nəticələrlə əlaqələndirilir. Onların daha ciddi davranış çatışmazlıqları, aşağı IQ var və onlar standart terapevtik müdaxilələrə o qədər də reaksiya vermirlər.Bu uşaqları daha yüksək intensivliklə müalicə etməyə çalışsalar da – çünki onlar spektrdə çox ağırdırlar – onlar hələ də hazırda mövcud olan müalicələrə cavab vermirlər.

Etmək istədiyimiz şey, autizmli uşaqlarda bu beyin artımına kömək edə biləcək əsas mexanizmləri anlamaq idi. UC Davis ilə NIH tərəfindən maliyyələşdirilən qrantımız var, burada autizmi olan və olmayan, normal beyin həcmi və ya genişlənmiş beyinləri olan uşaqlardan qan nümunələri və ya dəri fibroblastları toplayırıq. Laboratoriyam hazırda həmin uşaqlardan iPSC-lər yaradır və iPSC-ləri müxtəlif beyin hüceyrə tiplərinə - mikroglialara (beyindəki immun hüceyrələri), həmçinin kortikal neyronlara və kortikal oliqodendrositlərə ayırır. Bunun səbəbi, beyin böyüməsi olan uşaqlarda görüntüləmə tədqiqatları boz və ağ maddədə artımların olduğunu göstərdi. Biz bu effektləri modelləşdirmək istədik in vitro , buna görə də biz ağ maddədəki dəyişiklikləri modelləşdirə bilən boz maddə üçün hər iki neyron və oliqodendrositlər yaradırıq.

Chetty laboratoriyasının xəstələrin və nəzarət subyektlərinin qan nümunələrindən alınan periferik qan mononükleer hüceyrələrindən (PBMCs) istifadə edərək onları sonradan sinir progenitor hüceyrələrinə (NPC), oliqodendrosit progenitor hüceyrələrinə (iPSCs) genişləndirilə bilən iPSC populyasiyalarına yenidən proqramlaşdırmaq üçün yanaşmasını göstərən sxematik. OPCs) və yönəldilmiş fərqləndirmədən sonra mikroglia. Hüceyrəvi və molekulyar mexanizmlər psixiatrik və neyroinkişaf pozğunluqlarına töhfə verən əsas mexanizmləri daha dərindən başa düşmək və nəticədə daha hədəflənmiş terapevtikləri müəyyən etmək üçün eyni şəxslərdə əldə edilən beyin təsviri və davranış testi məlumatları ilə əlaqələndirilir.

Biz laboratoriyada müxtəlif uşaq və bu tip neyroinkişaf və psixiatrik pozğunluqları olan xəstələrdən (beyin genişlənməsi ilə və ya onsuz) əllidən çox iPSC xətti ilə işləyirik, müxtəlif sinir hüceyrələri yaratmaq üçün bir ay və ya iki ay ərzində hüceyrələri fərqləndiririk. və glial hüceyrə növləri və fərqlərə nəyin töhfə verdiyinə baxılır. Mexanik anlayışları başa düşmək üçün çoxlu RNT ardıcıllığı, gen ifadəsi tədqiqatları, zülal analizləri və funksional analizlər həyata keçiririk.

Ən sonlarımızdan biri tapıntılar autizmin bəzi formalarında (məsələn, 16p11.2 silinmə sindromu) beynin həddindən artıq böyüməsi CD47-nin həddindən artıq ifadəsi ilə əlaqələndirilir ki, bu da bir çox xərçəng hüceyrələrində tənzimlənən “məni yeməyin” siqnalıdır. immun hüceyrələri tərəfindən yatırılan udma. Biz belə bir fərziyyə irəli sürmüşdük ki, bəlkə də beynin böyüməsi inkişafın əvvəlində hüceyrələrin düzgün şəkildə məhv edilməsi ilə bağlıdır və bu, beynin həddindən artıq böyüməsinə səbəb ola bilər. Beləliklə, biz xüsusi olaraq CD47 adlı bu proteinə baxdıq. Görürük ki, sinir kök hüceyrələrində, eləcə də beyin genişlənməsi olan autizmli uşaqlardan alınan oliqodendrosit progenitor hüceyrələrində CD47-nin həddindən artıq ifadəsi var. Bu, beynin mikroglia adlanan immun hüceyrələri tərəfindən udulmasının azalmasına səbəb olur. Biz aşkar etdik ki, əgər siz CD47-ni xərçəng üçün hazırlanmış bloklayıcı antikorlarla bloklasanız, faqositozu bərpa edə bilərik. Ed. Qeyd : immun hüceyrələri tərəfindən udulması] normal səviyyələrə.

Nəhayət, ümid etdiyimiz şey, beyin ölçüsündə dəyişikliklərlə əlaqəli olan digər psixiatrik pozğunluqlardakı bu yollara baxmaq və eyni zamanda iPSC məlumatlarımızı beyin təsviri və eyni fərdlərin davranış məlumatları ilə əlaqələndirməkdir ki, biz daha dərindən başa düşək. hüceyrə fenotipləri ilə neyroimaging və klinik/davranış ölçmələri arasında əlaqə (daha fərdiləşdirilmiş tibb yanaşması). Bizim əsas məqsədimiz bu əsas mexanizmləri dərk edərək autizmli uşaqlarda bəzi simptomları azaltmağa kömək edə biləcək daha çox hədəflənmiş terapevtiklər tapmaqdır. Mexanizmlər yaxşı məlumdursa, potensial olaraq erkən mərhələdə müdaxilə edilə bilər.

RH: Siz şizofreniya üzərində də işlədiyinizi qeyd etdiniz - bu, beyin böyüməsi ilə bağlıdır?

SC: Tez-tez şizofreniya ilə əlaqəli olan 16p11.2 duplikasiya sindromu adlanan bir psixiatrik pozğunluq var, burada fərdlərdə mikrosefaliya və ya çox kiçik beyin ola bilər. Biz bu şəxsləri də tədqiq etməyi planlaşdırırıq və oxşar mexanizmlərin beyin artımının azalmasının altında yatan olub-olmadığını görmək istəyirik. İmmunitet sistemini aktivləşdirən komplement sistemi vasitəsilə və ya “məni yeyin” və “məni yemə” siqnalları (məsələn, CD47) arasındakı tarazlığın dəyişməsi ilə hüceyrələrin potensial olaraq həddən artıq çox xaric olmasıdır. ) beynin həddindən artıq böyüməsi modellərində mühüm rol oynadığını aşkar etdik. Uzun müddətdə, neyroimmun sistemdəki bu balanssızlıqların beyin ölçüsünün tənzimlənməsində daha çox iştirak edə biləcəyini araşdıracağıq.

RH: Dosent olaraq həyatı necə tapırsınız?

Chetty laboratoriyası və qızı ilə dondurma alır.

SC: Çox əyləncəli oldu, mən bundan həzz alıram. İlk illərdə onu qurmaq üçün mütləq bir az vaxt lazımdır. Birinci ildə siz yeni avadanlıqların gəlməsini, laboratoriyaya lazımi personalın qoşulmasını gözləyirsiniz və tələbələrin və postdocların sizin haqqınızda məlumat əldə etməsi üçün adınızı çıxarmaq bir az vaxt tələb edir. Ancaq bir və ya iki il ərzində o, şübhəsiz ki, seçilir. Sürət çox artdı və laboratoriyada davam edən çoxlu müxtəlif layihələr var ki, bu da çox əyləncəlidir. Mən həmçinin tələbələrə və postdoclara mentorluq etməkdən və onların yaxşı iş gördüyünü görməkdən həzz alıram. Konfranslarda iştirak etmək və işimizi təqdim etmək, yeni əməkdaşlıqlar qurmaq və başqalarından rəy almaq çox xoşdur və tez-tez bütün laboratoriyam (o cümlədən tələbələr, postdoclar və tədqiqat texnikləri) gedib öz işlərini təqdim etmək şansı əldə edir. yaxşı. Əvvəlcə vaxt tələb edir və siz o mərhələyə nə vaxt çatacağınızı bilmirsiniz, ancaq bir və ya iki ildən sonra bu mərhələyə çatdığınız zaman işin dərc olunduğunu və mükafatlandırıldığını görmək çox xoşdur tələbələrinizin və postdoclarınızın yaxşı olduğunu görmək.

RH: Gələcək və ya hazırkı aspirantlara məsləhətiniz varmı?

SC: Deyərdim ki, tədqiqat sualları ilə bağlı həqiqətən həyəcanlandığınız laboratoriyanı seçmək çox güman ki, ən vacibdir. Siz hər gün işə getməkdən həyəcanlandığınız bir mühitdə olmaq və hüceyrə və ya heyvan modelləri ilə işləməyə davam etmək, yaxud həmin laboratoriyada olan texnika və sistemlərdən asılı olmayaraq olmaq istəyirsiniz. İstənilən vaxt işi görmək üçün içəri girmək üçün həqiqətən ehtiraslı və həyəcanlı olmaq istəyirsiniz. Və ideal olaraq, bu, sizin üçün iş kimi görünməyəcək - sadəcə əyləndiyiniz kimi hiss olunur. Tədqiqat sualları öz maraqlarınıza və uzunmüddətli maraqlarınıza uyğun olmalıdır. Düşünürəm ki, bu, sizi motivasiya etməyə kömək edir və yeni suallar verməyə davam edir. Siz birinə cavab verdikdən sonra belə, onu təkmilləşdirməyə və növbəti sualı həll etməyə həvəsli olacaqsınız.

Yaxşı mentorlar və əməkdaşlar tapmaq da çox vacibdir. Berkeley, Harvard və Stanfordda həm laboratoriya daxilində, həm də laboratoriyadan kənarda gözəl mentorlar və əməkdaşlıq etdiyim üçün həqiqətən şanslıyam. Yeni əməkdaşlıqlarla elmi sualı yeni tərzdə həll etməyə kömək edə biləcək öz məkanınızdan kənarda olan yeni texnika və bacarıq dəstlərini öyrənmək imkanlarınız var. Mən deyərdim: yaxşı mentorlar və əməkdaşlar axtarın və üzərində işlədiyiniz elmdən həyəcanlandığınızdan əmin olun.

RH: İşdən kənarda nə etməkdən zövq alırsınız?

SC: Həyat yoldaşımla mənim dörd yaşlı qızım var. Onunla vaxt keçirmək çox xoşdur. Onun böyüməsini, xüsusən də neyroinkişaf sahəsində olmasını izləmək çox əyləncəlidir. O, körpə olanda mən bütün bunların çox tez baş verdiyini görə bilirdim - beyin çox sürətlə inkişaf edir - və ətraf mühitin zənginləşdirilməsi gənc körpənin beyin inkişafı üçün nə qədər vacib ola bilər. Qızımız və ailəmizlə vaxt keçirməyi, parklarda açıq havada olmağı və ya uzun gəzintiləri etməyi və Körfəz bölgəsindəki restoranları kəşf etməyi xoşlayıram.


Beyin topları

Şüşə içində beyin, hmmm? Və bu, Stenfordlu bir nevroloqa araşdırma aparmağa kömək edir?

Mübaliğə, bəlkə də. Zarafat, yox. Və biz kompüterlərdən danışmırıq. Stenfordlu bir nevroloq qablarda beyin kimi ləkələr böyüdür və onlar ona sevimli mövzusu haqqında çox şey öyrənməyə kömək edirlər.

3-D beyin mədəniyyətləri psixiatriya və davranış elmləri üzrə dosent Sergiu Paskanın laboratoriyasında laboratoriya qabında dayandırılır. (Fotoqrafiya Timothy Archibald tərəfindən)

Beyin mürəkkəb bir şeydir - bəziləri deyir ki, kainatdakı ən mürəkkəb şey - təxminən 90 milyard sinir hüceyrəsi və ya neyron və sinaps adlanan təxminən 150 trilyon fərdi neyron-neyron əlaqələri ilə. Beləliklə, tədqiqatçılar üçün başlarını örtmək o qədər də asan bir varlıq deyil.

3-D eynəklərinizi çıxarın, çünki aşağıdakılar elmi fantastika kimi oxunur: Tutaq ki, erkən beyin inkişafı zamanı nəyin səhv getdiyini öyrənməyə ümid edirsiniz. Bir insanın neyronlarını molekulyar, hüceyrə və dövrə səviyyələrində yaxından öyrənməklə bir insanın neyroinkişaf vəziyyəti haqqında çox şey öyrənmək olar. Bəs necə? Siz kiminsə canlı beynindən tam olaraq bir parça çıxara bilməzsiniz. Və ölülər sizə demək olar ki, kifayət qədər məlumat vermirlər.

Bir həll yolu varmı? Psixiatriya və davranış elmləri üzrə dosent, MD Sergiu Paskanın başçılıq etdiyi qrup, laboratoriya qablarında xüsusi, müxtəlif insan beyninin hissələrinin sancaq başı ölçülü surətlərini etibarlı və seçici şəkildə istehsal edən bir texnika tapıb. Tədqiqatçılar əvvəllər beyin orqanoidlərini - beyin hüceyrələri üçün zənginləşdirilmiş toxumanın kiçik yığınlarını - yaratmaq üçün hüceyrələri yetişdirməyin başqa yollarını inkişaf etdirsələr də, bu orqanoidlərdə bədənin digər hissələrinin başıboş hüceyrələri də var idi və onlar həqiqi beynin komponentlərini xarakterizə edən struktur təşkilata malik deyildilər. .

Paskanın metodu diqqətəlayiqdir, çünki onun böyütdüyü yığınlarda yalnız beyində olması lazım olan hüceyrələr var və çox təəccüblüdür ki, yığınların strukturları əslində fərqli beyin bölgələrinin strukturlarını təkrarlayır. Onun bu kiçik beyin topları üçün texniki termini beyin bölgəsinə xas sferoidlərdir.

Pasca 2015-ci ildə beyin toplarının yaradılması metodunu nəşr etdi və o vaxtdan bəri onları uğurla yaradan dünyada onlarla laboratoriyanı bilir. Protokolla bağlı aldığı yüzlərlə suala əsaslanaraq, o, güman edir ki, daha çox sual var.

Sferoidlər tədqiqatçılara autizm, epilepsiya və digər neyro-inkişaf pozğunluqlarında dölün beyin inkişafını pozan patoloji mexanizmləri sıfıra endirməyə imkan verir. Onlar həmçinin nevroloqlara vaxtından əvvəl doğulmuş körpələrdə səhv beyin inkişafının səbəblərini anlamağa kömək edə bilər.

"Bu, bizim fərdi psixiatriyaya açılan qapımızdır" dedi Pasca.

Sergiu Pasca beyin inkişafını öyrənmək üçün komandası ilə birlikdə yaratdığı 3 ölçülü beyin mədəniyyətlərini müşahidə etmək üçün bu görüntüləmə sistemindən istifadə edir. (Fotoqrafiya Timothy Archibald tərəfindəndir.)

Beyin topu beyin deyil. Konstruksiyalar, hal-hazırda, əsl insan beynində olan bəzi mühüm hüceyrə tiplərindən məhrumdur. Onlar xarici dünyadan heç bir duyğusal giriş almırlar və əzələ daralmasına başlaya bilmirlər. Onlarda qan damarları da yoxdur, onların olmaması beyin topunun qida maddələrini yalnız səthindən alması və ölçüsünü məhdudlaşdırması deməkdir.

Alimlər beyini şüşədə böyütməkdən uzaqdırlar. Lakin tədqiqatçılar daha mürəkkəb beyin orqanoidləri yaratmağı öyrəndikcə və onları heyvanlara köçürməyi düşündükcə, etik ikiliklər çoxalacaq.

Paskanın tədqiqata marağı 1982-ci ildə doğulduğu Rumıniyanın əfsanəvi bölgəsi olan Transilvaniyadakı uşaqlıq evində kimya təcrübələri ilə başladı. O, 11 yaşında valideynlərinin zirzəmisində kimya laboratoriyası qurdu və dərhal onlara ilk məhsulunu təqdim etdi. : onların həyətindəki krater. Onun fənni mənimsəməsi təkmilləşdi və orta məktəbin son kursunda kimya üzrə respublika müsabiqəsinin qalibi oldu və yaxınlıqdakı tibb məktəbinə pulsuz səyahət etdi. Orada mikrobiologiya dərsində indi həyat yoldaşı Anca olan qadınla tanış oldu. O da Transilvaniyadan idi.

Stanford Pediatriya Departamentinin neonatologiya üzrə klinik əməkdaşı Anca Pasca, "Mən Drakulanın qalasından 30 mil aralıda doğulmuşam" deyir. Sergiu Pasca tibb təhsilinin əvvəlində başa düşdü ki, onun əsas marağı tədqiqatdır. Lakin onun oxuduğu məktəb resursları o qədər zəif idi ki, onun biokimya professoru öz layihəsini maliyyələşdirmək üçün öz maaşından istifadə etməli oldu: biokimyəvi imza axtarışında autizmli uşaqların qanındakı çoxsaylı maddələrin analizi.

Paska xatırlayır: “Mənə qan lazım idi, ona görə də müalicə mərkəzindən kənarda valideynlərə yaxınlaşıb onlardan uşaqlarından nümunə götürə biləcəyimi soruşardım. Valideynlərin bir az şübhəli olmasını gözləyə bilərsiniz - axı bu Transilvaniya idi - amma bunun əvəzinə bu insanlar ağlayaraq məni qucaqlayacaq və bu xəstəlik üzərində işlədiyim üçün təşəkkür edəcəklər."

Autizmi yaxından öyrənmək

Nəhayət, Paska qərara gəldi ki, "qan beyindən olduqca uzaqdır". O, autizmi yaxından, neyron səviyyəsində öyrənmək istəyirdi. Və onu harada və kiminlə öyrənmək istədiyini dəqiq bilirdi. O, 2009-cu ildə Massaçusets ştatının Kembric şəhərindəki Novartis Biotibbi Tədqiqatlar İnstitutunda neyrobiologiya üzrə köməkçi professor və hazırda qlobal nevrologiya üzrə rəhbəri olan PhD Ricardo Dolmetschin laboratoriyasında postdoktorluq təqaüdünü davam etdirmək üçün Stanforda gəldi. Dolmetsch, oğluna bu diaqnoz qoyulduqdan sonra tədqiqatını autizm spektri pozğunluğuna yönəltmişdi.

"Rumıniyadakı naməlum tibb məktəbindən gəldiyim üçün molekulyar biologiya təcrübəsi olmayan və ingiliscə çətinliklə danışa bildiyim üçün belə bir uğurlu laboratoriyaya qoşulmaq şansım olmadığını düşünürdüm" dedi Pasca. "Ancaq Rikardo autizmlə maraqlanan birini axtarırdı və mənə bir şans verdi."

Paska 2009-cu ildə postdokturaya başlayanda tədqiqatçılar bu yaxınlarda kəşf edilmiş induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələrdən spesifik hüceyrə növlərinin yetişdirilməsi yollarını araşdırırdılar. Embrion kök hüceyrələr kimi, induksiya edilmiş pluripotent kök hüceyrələr (iPS hüceyrələri kimi tanınır) demək olar ki, bütün orqanizmin müxtəlif hüceyrə tiplərinə diferensiallaşmaq qabiliyyətinə malikdir. Lakin embrion kök hüceyrələrdən fərqli olaraq, iPS hüceyrələrini nisbətən adi laboratoriya prosedurları ilə istənilən insanın dərisindən əldə etmək olar. Dolmetsch, genetik mutasiya nəticəsində yaranan Timoti sindromu adlı nadir autizm forması olan bir xəstənin dərisindən əldə edilən neyronları yaratmaq istəyib. Pasca imza atdı.

2011-ci ildə Dolmetsch və Paska uğur qazandılar ki, bu da onlara pozğunluğun simptomlarına cavabdeh olan mutasiyaya səbəb olan fizioloji nasazlığı dəqiq müəyyən etməyə imkan verdi. Onların, xəstələrin beynindəkiləri əks etdirən neyronlardan qurulan ilk autizm modeli idi. Alimlər bu neyronların inkişafını daha uzun müddət ərzində izləməyə ümid edirdilər. "Ancaq istifadə etdiyimiz iki ölçülü mədəniyyətlər çox məhdud idi" dedi Pasca. “Hüceyrələr insan beynində olduğu kimi hərəkət etmirdi. 2 ölçülü mədəniyyətlərin əksəriyyəti 100 gündən sonra dağılır. Ancaq insan korteksindəki neyrogenez yalnız hamiləliyin 26-cı həftəsində tamamlanır və neyronlar arasında işləyən sinapsların qurulması üçün tamamilə vacib olan astrositlər, hətta gestasyonun sonlarına qədər əmələ gəlmir.

Pasca mədəni vəziyyəti yaxşılaşdırmaq qərarına gəldi. Həmin yay o, beyin hüceyrələrinin becərilməsi üçün üçölçülü mühiti mükəmməlləşdirməyə çalışaraq "Şənbə təcrübəsi" adlandırdığı şeylə məşğul olmağa başladı. Qabın altını toksik olmayan kovucu ilə örtməklə, o, əcdad sinir hüceyrələrini adət etdiyi kimi qabın dibini qucaqlamaq əvəzinə, qidalı bulyonun içində sərbəst üzməyə məcbur etdi. Beləliklə, asılmış hüceyrələr çoxaldı, fərqləndi və kiçik toplara toplandı. Bu, demək olar ki, mükəmməl yuvarlaq hüceyrə qrupları böyüməyə davam etdi, daha da fərqləndi və nəticədə diametri bir düymün altıda birinə və bəlkə də bir milyon hüceyrəyə yaxınlaşaraq beyin bölgəsinə xas sferoidlər əmələ gətirdi.

Pasca deyir: "3-D təcrübələri əvvəllər daha çox oyun idi". "Onlar, kök hüceyrələri sinir taleyinə doğru sövq etdikdən sonra bir qabda nə qədər özünü təşkil edə biləcəyini araşdırmaq kimi başladılar. Mən inkişaf neyrobiologiyasında yeni idim və hüceyrələrin məməlilərin mərkəzi sinir sistemi kimi mürəkkəb strukturları meydana gətirmək üçün necə birləşdiyinə heyran oldum.”

O dövrdə Stenfordda pediatriya rezidenturasını oxuyan Anca Pasca tez-tez tək başına təcrübələr etmək üçün laboratoriyaya gəlirdi. "2009-cu ildə buraya köçdükdən sonra Sergiu laboratoriyada çox vaxt keçirməyə başladı" deyir. “Burada nə dostumuz, nə də ailəmiz var idi və mən evdə qalaraq tibb şuralarımda oxumaqdan sıxılırdım. Biz maraqlanmağa başladıq ki, bu neyrogenitor hüceyrələrin yapışmasına icazə vermək əvəzinə qabda sadəcə üzməsinə, asılmasına icazə versək nə olacaq?”

"O, bunun böyük bir şey ola biləcəyini düşünürdü" Sergiu Pasca deyir, "və o, mədəniyyət mühitini optimallaşdırmaq və kiçik sahələri xarakterizə etmək üzərində işləməyə davam etdi." Əvvəlcə Pasca və onun həmkarları standart 2-D mədəniyyətlərdə yetişdirilən iPS hüceyrələrindən əmələ gətirdikləri neyron progenitor hüceyrələrlə 3-D mədəniyyətlərini əkərək beyin topları istehsal etdilər. (Paska indi buna “2.5-D” metodu kimi istinad edir.) Lakin sonda onlar faktiki iPS hüceyrələrindən başlayaraq tam üç ölçüdə necə hərəkət etməyi öyrəndilər, sonra 3-D mədəniyyətində sinir-əcdad fazası və sonra tam hüquqlu, bütün beyin və yalnız beyin beyin top statusuna qədər.

Paskanın beyin topları mədəniyyətdə iki ilə və ya daha çox müddətə canlı qala bilər - rekord müddətdir, bu, təkcə onların tərkibindəki neyronların hərtərəfli yetkinləşməsi üçün deyil, həm də onların rezident neyron progenitor hüceyrələrinin canlı astrositlərin kürü verməsi üçün kifayətdir. Bu, öz növbəsində, neyronların işlək sinapslar və mürəkkəb sxemlər yaratmasına imkan verir.

2014-cü ilin ortalarına qədər Paskanın Stenfordda daimi işində köməkçi professor və öz laboratoriyası var idi. O, həmçinin kəmərinin altında bir çox mədəni orta optimallaşdırma və beyin topunun xarakteristikasına sahib idi. Beyin toplarındakı neyronlar canlı beyindəkilər kimi bütün praktik məqsədlər üçün fəaliyyət göstərirdi. Onların sinapsları işlək vəziyyətdə idi ki, bu da neyronların bir-biri ilə danışa bildikləri mürəkkəb sxemlər yaratmasına imkan verirdi. Bu sxemlər, təqlid etməyə razı olduqları beyin bölgəsinin real arxitekturasına yaxından yaxınlaşırdı.

"İnsanların niyə əvvəllər bunu sınamadıqları ilə maraqlanırdım" dedi Pasca. Əslində, başqaları beyin hüceyrələri üçün zənginləşdirilmiş mədəniyyətlər istehsal etmək üçün 3-D taktikalarından istifadə etdilər, lakin onlar digər toxumalardan gələn hüceyrələrin təsadüfi birləşmələrini ehtiva etdilər.Onlar həmçinin Pasca beyin toplarının heyrətamiz beyin bölgəsi mimikasından məhrum idilər.

Səbir nəticə verir

Əsas çatışmayan tərkib: səbir. Digərləri sadəcə olaraq hüceyrə mədəniyyətlərinin bir qabda əllə, yönləndirilməmiş şəkildə böyüməsinə icazə versələr də, Pascas və onların laboratoriya yoldaşları kiçik molekullu qida maddələrinin müxtəlif kombinasiyalarını tətbiq etməklə, onların beyin toplarını istədikləri inkişaf yolları boyunca məşq etdilər. -səhv üslubu, iterasiyadan sonra iterasiya.

Pasca qrupu öz tapıntılarını bir qəzetdə dərc etdi Təbiət üsulları 2015-ci ilin mayında. Onların beyin topları ilə bağlı ən heyrətamiz şeylərdən biri o idi ki, onlar çox kimyəvi təlimat olmadan beynin təkamül baxımından ən inkişaf etmiş hissəsinin faksimili olan standart quruluşu mənimsəməyə meyllidirlər: insan serebral korteksi. canlı insan beynində tapdığınız altı təbəqənin hamısı.

Hər təbəqənin neyronlarının istehsal etdiyi müxtəlif zülalların növləri və miqdarı faktiki insan korteksindəki ekvivalent təbəqənin zülallarını əks etdirirdi. Və o neyronlar canlı idi və təpikləyirdi: Onlar gəmi formalı sinapslarla idman edirdilər, kortəbii fəaliyyət göstərirdilər, şəbəkə sinxronizasiyasında atəş açdılar və real həyatda olduğu kimi, BFF-ləri ilə əhatə olunmuşdular: xoşbəxt, sağlam astrositlər. (Astrositlər, kifayət qədər uzun müddət yetişdirsəniz, beyin toplarında həmişə kortəbii olaraq açılır.)

"Bu hüceyrələrin artıq öz-özünü təşkil etməsi və nə etməli olduqlarını bilməsi təəccüblüdür" dedi Pasca. Pasca komandasının beyin topları üçün başlanğıc toxum kimi istifadə etdiyi iPS hüceyrələri dəri hüceyrələrindən əmələ gəlir, beləliklə, tədqiqatçılar dərisindən istifadə edilən insanın beyin hüceyrələri ilə genetik olaraq eyni olan beyin topları istehsal edə bilərlər. Bu, beyin toplarını genetik komponenti olan hər hansı nevroloji pozğunluğu öyrənmək üçün güclü alətlər halına gətirir.

"Əvvəllər bunun işləyəcəyinə inanmırdım" deyir. "Ancaq Anca mənə mədəniyyət sistemi üçün protokolları optimallaşdırmağa kömək etməyə davam etdi."

Anca Pasca ərinin 2015-ci ildəki məqaləsinin aparıcı müəllifi idi və o, bu “Şənbə eksperimentlərini” ön plana çıxaran layihəyə çevirməyə kömək edən praktik işlərin çoxuna görə ona kredit verir. Onun həmmüəllifi Steven Sloan, PhD, doktorluq dissertasiyasının tələbəsidir və aspirantura işini mərhum Ben Barresin laboratoriyasında etmişdir, MD, PhD. PhD dərəcəsini əldə etdikdən sonra Sloan Pasca laboratoriyasında tədqiqatını davam etdirdi.

Postdokturluq dövründə və ondan sonrakı dövrdə Sergiu Paska da özünün “ikinci mentoru” adlandırdığı Barres tərəfindən 3-D mədəniyyət təkanla təşviq edildi. 2017-ci ilin dekabrında vəfat edən Barres neyrobiologiya, inkişaf biologiyası, nevrologiya və nevrologiya elmləri professoru idi. Astrositlər haqqında bilinənlərin çoxu Barresin onilliklər ərzində apardığı tədqiqatlardan qaynaqlanır. İki məşhur işçi, koridorda danışıq toqquşması ilə məşğul olurdu və ya işığın yandığını görəndə bir-birinin bitişik ofislərinə girirdi.

Daha sonra Paska laboratoriyasını yeni yerə köçürəndə onlar tez-tez səhərə qədər e-poçt və ya mətn mesajları mübadiləsi aparırdılar. Pasca deyir: "O, həqiqətən də heç kimin etmədiyi halda bunun edilə biləcəyinə inanırdı". Barres ona ultimatum da verdi: "O, mənə xəbərdarlıq edərdi ki, mədəniyyətlərim astrositlər istehsal etmirsə, onlar axmaqlıqdır."

Barres ölümündən əvvəl verdiyi müsahibədə "Sergiu olduqca möhtəşəm bir iş gördü" dedi. “Bu metodun gücü və vədi qeyri-adidir. Bir qabda hər cür beyin xəstəliklərinin inkişafını izləmək olar”.


In Vitro

İlk Petri qabı 1887-ci ildə istifadəyə verilmişdir. Bu gün elmi alətlərin ən sadəsi kəşfin ən son nöqtəsində qalır.

Molekulyar bioloq Dr Madeline Lancaster ilk Petri qabı ilə qarşılaşanda təxminən 12 yaşında idi - onun biokimyaçı atasının postdoklarından biri təsadüfən bəzi neyronları böyütməkdə idi. Atası qabı götürdü, mikroskop altına qoydu və onu baxmağa dəvət etdi. "Məni sadəcə olaraq bir neyronun gözəlliyi və mürəkkəbliyi heyran etdi" deyə xatırlayır. “Belə bir şeyi öz gözlərinizlə görməkdə və işığın onu tutmasında gözəl bir şey var. Siz həqiqətən də bütün kiçik budaqları ilə dendritik ağacı görə bilərsiniz. Onun incəliyi gözəldir. Bu, mənim üçün əsl başlanğıc nöqtəsi idi”.

Alman mikrobioloq Julius Richard Petri tərəfindən Robert Koch üçün işləyərkən icad edilən Petri qabları nadir hallarda mikroskop kimi daha mürəkkəb laboratoriya yoldaşlarının xoşladığı tərifləri və diqqəti alır. Bu başa düşüləndir: bunlar sadə, faydalı xırda şeylərdir, sadəcə dayaz qapaqlı qablardır və hər bir uşağın Mənim İlk Kimya Dəstimdə mövcuddur. Petri qabının əsl cazibəsi həmişə onun içində böyüyən şey olub - və həqiqətən də, hər şeyin böyüdüyü yer üçün lazımlı bir metaforaya çevrildi. (Sürətli, elmi olmayan axtarış “Facebook, Sevgi Həyatınızda Qısqanclığın Petri Yeməyidirmi?” və “Avropa Seçkiləri: Populist Müxalifətin Petri qabı” kimi mövzuları gündəmə gətirir.) Petri qabının ən məşhur anı – Alexander haqqında düşünəndə. Fleminqin penisilin kəşfi – biz onun oturduğu qaba deyil, kif küpünün ətrafındakı boş halqaya heyran oluruq. Lakin Petri qabları qeyd olunmağa layiqdir: onlar hələ də elmi kəşflərin önündədirlər.

Petri qabının ixtirası və onun yaradılmasına kömək edən irəliləyişlər, əlbəttə ki, daha böyük bir bütövün bir hissəsidir: mikroskop linzalarından tutmuş laboratoriya şüşələrinə qədər şüşə elmi alətlərin inkişafı. "Şüşə səlahiyyəti sözdən, qulaqdan, ağıldan və yazıdan, xarici vizual sübuta keçir" dedi Alan Macfarlane, Antropologiya Elmləri üzrə Emeritus Professor. Öz kitabında, Şüşə vanna otağı: Şüşə dünyanı necə dəyişdi (mühəndis, ixtiraçı və elmi alət kolleksiyaçısı Gerry Martin ilə birlikdə yazılmışdır), o, şüşə olmadan İntibah və elmi inqilabın heç vaxt baş verməyəcəyini müdafiə edir. "Beləliklə, şüşənin güc balansını ağıldan gözə dəyişməyə kömək etdiyi iddia edilə bilər" deyir. "Bu, şüşəni sehrli bir maddə edir: üçüncü növ maddə, nə maye, nə də bərk."

Şüşə əsaslı böyümə

Macfarlane qeyd edir ki, dünya haqqında bildiklərimizin təxminən 70 faizi bizim gözümüzlə gəlir və şüşə alətlər bizə daha yaxşı görməyə imkan verir. "Lakin təxminən 1400-cü ilə qədər mədəniyyətlərin əksəriyyəti keçmişdə və insanlara deyilənlərlə intellektual şəkildə yaşayırdı" deyir. "Siz dünyaya baxmırdınız, dinləyirdiniz. Uşaq dünyanı fiziki olaraq görmə ilə kəşf etməklə deyil, müəllimlərin onlara günəşin Yer kürəsinin ətrafında dolandığını və ya hər hansı bir şey olduğunu söyləməklə başa düşürdü. Və uşaq sadəcə qəbul etdi. Şüşə eksperimental metodun böyüməsinə imkan verdi. Sizə deyilənlərə etibar etməyin: özünüz baxın. Bu transformasiya idi."

Wellcome-MRC Cambridge Kök Hüceyrə İnstitutunda professor Ludovic Vallier deyir ki, onun Petri qabı ilə ilk görüşü dünyanı bu şəkildə dərk etmək üçün dərslik nümunəsi olub: tələbələr antibiotiklərin mövcudluğunda hansı bakteriyaların böyüyə biləcəyini görmək üçün qablardan istifadə ediblər. "Hər şeyin böyüdüyünü görmək yaxşıdır" deyir. “Bu, maraqlı təcrübə idi. İndi biz Petri qabında hüceyrə yetişdiririk və biz artıq şüşədən yox, plastikdən istifadə edirik”.

“Gözünüzün qabağında nəyinsə böyüdüyünü görmək çox gözəldir. Yeni, gələcək nəsil və klassik texnologiyalar arasında qarşılıqlı əlaqə haqqında bir şey var”

Bu gün onun komandası insan orqanizmində istənilən hüceyrə növünə çevrilə bilən insan pluripotent kök hüceyrələrinə diqqət yetirir: neyronlar, dəri hüceyrələri, qaraciyər hüceyrələri və s. Vallier və həmkarları bunu necə etdiklərini və daha çox hüceyrə istehsal edə biləcəklərini başa düşmək üçün onları öyrənirlər. Onları öyrənmək üçün onları böyütmək lazımdır. "Biz kök hüceyrələrini qabın üstünə qoyuruq, sonra onları qidalandırırıq və onlar böyüyür və çoxalırlar" deyir.

“Sonra, arxayınlaşdıqda, onları bölüb yeni Petri qablarına paylayırıq və yenidən böyüdürük. Biz onları əsasən hüceyrələr üçün qida olan maye mühitlə qidalandırırıq: o, onlara böyümələrini və həmçinin yeni hüceyrələr istehsal etmək istədiyimiz üçün nə etməli olduğumuzu söyləyir. Beləliklə, onları bu media ilə qidalandıraraq, hüceyrələrin neyronlara, ürək hüceyrələrinə, qaraciyər hüceyrələrinə və s. Sonra bir qabda xəstəliyi modelləşdirə və ya bərpaedici tibb tətbiqləri üçün hüceyrələr istehsal edə bilərik.

Bu o deməkdir ki, Petri qabı Vallier və MRC Kembric Kök Hüceyrə İnstitutunda və Wellcome Sanger İnstitutunda birgə qurulan komandasının güclü mikroskoplardan tutmuş çılpaq gözlə hər şeylə öyrənə biləcəyi bir yerə çevrilir. xəstəlik vurur. “Biz yağlı qaraciyər xəstəlikləri üzərində çox işləyirik və bu halda qabdakı qaraciyər hüceyrəsi yağla dolu olur, bunu görə bilirik. Biz xəstənin qaraciyərindən bir parça kəsə bilmərik: nə baş verdiyini görmək üçün o qaraciyərin içinə baxa bilmərik. Beləliklə, biz bu xəstəlikləri qablarımızda çoxaldır və onlara qarşı istifadə etmək üçün yeni molekulları yoxlayırıq”.

Özünü təşkil edən hüceyrələr

'Bir qabda olan xəstəlik' həm də Dr Meritxell Huch-un Gurdon İnstitutundakı komandasının diqqət mərkəzindədir. Onlar qaraciyərin özünü necə bərpa edə biləcəyini öyrənmək üçün hər gün siçan qaraciyərini və insan qaraciyər hüceyrələrini böyütmək üçün 50-150 Petri qabından istifadə edirlər. Təxminən bir həftədən sonra qida maddələri ilə əhatə olunmuş qabda özlərini təşkil edəcək və orqanoid adlanan 3D quruluş yaradacaqlar. Daha bir-iki həftə orqanoidin ikiyə bölünəcək qədər qalınlaşdığını görəcək və öz qabında bir ildən çox saxlanıla bilən başqa bir orqanoid yaradacaq.

Huch komandası bu hüceyrələrin çoxalmağa qərar verdiyi molekulyar mexanizmləri araşdırır. O deyir: “Regenerasiyanı müxtəlif mərhələlərə bölmək olar. Hüceyrələr əvvəlcə zərərin olduğunu anlamalı və reaksiyanı aktivləşdirməlidirlər. Cavab aktivləşdirildikdən sonra hüceyrələr zərər nəticəsində hüceyrələrin itkisini kompensasiya etmək üçün çoxalacaqlar. Və onlar çoxaldıqdan sonra funksional hüceyrələrə çevrilməlidirlər."

Onların araşdırmaları bu yaxınlarda göstərdi ki, onlar xəstənin əsas qaraciyər xərçəngindən hüceyrələri götürə və eyni şişi Petri qabında böyüdə, onun histologiyasını, arxitekturasını və genetik mutasiyalarını çoxalda bilərlər. "Bu iş bizə müəyyən bir xəstə üçün yaxşı və ya pis nəticənin olub-olmayacağına cavab vermək potensialına malikdir" dedi Huch. "Növbəti addımımız bunun xəstəyə kömək edə biləcək dərmanları proqnozlaşdırmağa və ya müəyyən etməyə kömək edə biləcəyini araşdırmaqdır."

Bu iş bizə müəyyən bir xəstə üçün yaxşı və ya pis nəticənin olacağına cavab vermək potensialına malikdir

Təbii ki, Petri qabının özü də bu illər ərzində dəyişib. Əksəriyyət indi şüşə deyil, plastikdir. Onlar xüsusi ehtiyaclara uyğun olaraq düzəldilmiş və təkmilləşdirilmişdir: Huch-un Petri qabları kollagen və laminin zülallarından hazırlanmış matrisə malikdir. Onun hüceyrələri birbaşa qabın səthində oturmur, lakin kök hüceyrə artımını dəstəkləyən bu matrislə əhatə olunub.

MRC Molekulyar Biologiya Laboratoriyasında yerləşən öz eyniadlı laboratoriyasında Madeline Lancaster və komandası yüzlərlə Petri qabında "mini beyinlər" yetişdirir. Burada qab daha çox damar kimi istifadə olunur, hüceyrələrin yapışmasını dayandırmaq və onları sərbəst üzməyə təşviq etmək üçün xüsusi olaraq müalicə olunur.

"Biz beynin orqanoidlərinin iki ölçülü deyil, üçölçülü olmasını istəyirik, çünki beynimiz belədir" deyir. “2D-də bir qabda neyronları böyüdə bilsəniz, ayrı-ayrı neyronları görə və onların nə etdiyini görə bilərsiniz, lakin siz bu hüceyrələrin arxitekturasını – onların bir-birinə nisbətən yerləşməsini başa düşə bilməyəcəksiniz. Neyronların əslində beyində necə yaradıldığına dair yaxşı bir təqdimat əldə edə bilməyəcəksiniz. Neyronları meydana gətirən kök hüceyrələr olan sinir kök hüceyrələri xüsusi bir oriyentasiyaya malikdir və həmişə bir istiqamətdə neyronlar düzəldirlər. Beləliklə, bu kök hüceyrələrin bir dəstəsini struktur məlumatı olmayan bir qabın üzərinə qoyarsanız, onlar təsadüfi yollarla neyronlar əmələ gətirirlər. Bizim metodumuz sizə faktiki inkişaf edən beynin quruluşuna daha çox bənzəyən bir quruluş verir."

Bu orqanoidlərin məqsədi tam olaraq neyronların necə əmələ gəldiyinə və digər növlərlə müqayisədə insanlarda necə fərqləndiyinə baxmaqdır. Bir gün, Lancaster deyir, bu iş Alzheimer xəstəliyi, Parkinson və şizofreniya haqqında daha çox anlayışa çevrilə bilər. Beləliklə, qabaqcıl və olduqca mürəkkəb texnologiya dünyasında Petri qabları nisbətən sadəliyi ilə dünyanın ən çətin xəstəlikləri ilə mübarizədə mühüm vasitə olaraq qalır. Lancaster deyir ki, onlar həm də onun qaneedici hesab etdiyi praktiki yanaşmaya imkan verir.

"Bu bir az bağçılıq kimidir" deyir. “Sən bu işin qayğısına qalırsan. Onu izləyirsən və hər gün yoxlayırsan. Daha yaxşı böyüməsinə kömək etmək üçün bu gün və ya o gün medianı dəyişdirirsiniz. Gözünüzün qabağında nəyinsə böyüdüyünü görmək sevindiricidir. Yeni, gələcək nəsil və klassik texnologiyalar arasında qarşılıqlı əlaqə haqqında bir şey var. Onlar sizə əvvəllər mümkün olmayan imkanlar verirlər.”

Rəssam Klari Reis öz yaradıcılıq prosesində elmin alət və texnikalarından istifadə edir, unikal işini yaratmaq üçün biotibbi şirkətlərlə əməkdaşlıq edir. Bu səhifələrdəki şəkillər onun “A Daily Dish” seriyasındandır – Petri qabında yaradılmış rəsmdir.


Videoya baxın: meymunlarin reqsi 2016 (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Adlar

    Wacker, nə bir ifadə ... əlamətdar düşüncəsi

  2. Clamedeus

    Bəyəndim, heyf ki, indi rastlaşdım. Post saxlanıldı.

  3. Gaige

    Özünüzə hesabat verirsiniz, deyilənlərdə ...

  4. Akit

    Sizi maraqlandıran mövzuya dair bir çox məlumatı olan saytı ziyarət etməyinizi təklif edirəm.

  5. Jinny

    Düşünürəm ki, haqlı deyilsən. Mən əminəm. Baş nazir yaz, müzakirə edəcəyik.



Mesaj yazmaq