Forschern der Harvard University entwickelt haben, ein engineering-Technik, die eine präzise Steuerung der Richtung, dass Neuronen Ihre Axone wachsen, kabelartigen Strukturen, die es erlauben, Nervenzellen miteinander zu verbinden. In einem Zebrafisch-Modell, verwendeten die Forscher den Ansatz zu korrigieren, fehlerhaften neuronalen verbindungen und wiederherstellen, die Neuronen die Fähigkeit zu verursachen Muskelkontraktionen.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Developmental Cell, stellen einen wichtigen Schritt in Richtung Reparatur Schädigung des Nervensystems bei Patienten. Sie können auch ermöglichen es Wissenschaftlern genauere Modelle des Gehirns in einem Labor Gericht, instruieren Sie die Bildung von präzisen neuronalen verbindungen ähnlich denen des eigentlichen Gehirns.
„Der Prozess der Schaffung von verbindungen zwischen Neuronen tritt meist während der embryonalen Entwicklung, vor allem bei Säugetieren wie uns. Nach diesem Punkt, wenn diese verbindungen getrennt werden, die in Situationen wie Verletzungen des Rückenmarks, die Neuronen in der Regel nicht nachwachsen Ihre verbindungen, Verlust der Funktionalität. Es wäre ein großer Fortschritt, um in der Lage sein, diese Schwierigkeiten zu überwinden“, sagte Paola Arlotta, der Golub Familie Professor für Stammzell-und Regenerative Biologie. „Diese Studie ist ein Nachweis der Grundsatz, dass zeigt das potential für eine nicht-invasive Strategie der direkten neuron Wachstum.“
Bilden verbindungen
Ein neuron ist axon ist eine Projektion, entspringt aus der Zelle, Körper und Verbindung zu anderen Zellen, die sich Häufig sehr weit entfernt. In den sich entwickelnden embryo, eine komplexe Reihe von Signalen guide eine spezielle Struktur an der Spitze des Axons, genannt das Wachstum Konus, der genau zu seinem Ziel zu verkabeln, das Nervensystem.
„Die Natur hat dieses schöne Sinfonie molekulare signalisieren, dass es ein Gewebe, wie unglaublich Komplex wie das Gehirn verdrahten Sie Sie entsprechend. Wir lernen mehr und mehr darüber, wie dies geschieht, aber wir verfügen noch nicht über die Fähigkeit, all diese komplizierten Prozesses“, sagte James Harris, ein student im Aufbaustudium in der Arlotta Labor und führen Autor der Studie. „Stattdessen haben wir ein sehr präzises Werkzeug, das uns ermöglicht das überschreiben der molekularen Signale im Körper und führen axonale Wachstum, nach unseren eigenen Entwürfen.“
Durch die Steuerung der axonalen Wachstum direkt, diese Strategie verhindert die Unterbrechung von kritischen biologischen signalmolekülen oder die Einführung von Chemikalien, die möglicherweise verändern die empfindlichen Entwicklungs-Umgebung, die möglicherweise unbeabsichtigten Folgen, die auf benachbarten Zellen. Stellen Sie sicher, dass das tool war sehr spezifisch, nahmen die Forscher ein engineering-Ansatz zur Lösung des Problems.
Eine nicht-invasive engineering-Ansatz
Steuern, axon-Wachstum, die Forscher führte eine fusion proteins in spezifischen Neuronen, die miteinander kombiniert die Funktionalität von zwei verschiedenen Proteinen. Das erste protein ist normalerweise ausgedrückt in der Entwicklung von Axonen und steuert die Maschinen verantwortlich, die für das axonale auswachsen. Das zweite protein ist ursprünglich in Pflanzen gefunden und Ihnen hilft, das Gefühl Licht.
„Viel in der Weise, dass Pflanzen wachsen in Richtung der Sonne, wir entwickelt die Axone wachsen Sie ja auf unsere gezielte Ausleuchtung,“ Harris sagte.
Wenn die Forscher leuchtete eine bestimmte Art von Licht in der Nähe der Nervenzellen, die Axone wuchsen in Richtung der nicht-invasiven stimulus.
Die Forscher testeten den Ansatz in einem Zebrafisch-Modell, das in Zusammenarbeit mit dem Leonard Zon-Labor. Sie waren in der Lage, nicht nur die Neuronen wachsen in eine bestimmte gewünschte Richtung, sondern auch die Neuronen wachsen über abstoßend Entwicklungs-Barrieren, die normalerweise beschränken Axone zu einem sehr engen body Standort.
„Es sind spezifische Moleküle, die sich in diesen Entwicklungs-Barrieren, die helfen, Axone korrekt während der normalen Entwicklung. Interessanterweise sind viele dieser Moleküle sind auch in beschädigten Gewebe und wirken als Barrieren, um axonale regeneration bei Säugetieren,“ Harris sagte. „In diesem besonderen Kontext einer sich entwickelnden Zebrafisch-embryo, unser Ansatz war, die macht zu überwinden diese hemmende signalstoffe.“
Die Forscher untersuchten auch ein Zebrafisch-Modell mit genetischen Mutationen verhindert, dass die Axone von der wachsenden richtig. Ihre Beleuchtung-Konzept erfolgreich gerettet dieses Mangels durch die Führung Axone zu Ihren Zielen. Die geführte Axone waren in der Lage zu verursachen Muskelkontraktionen im Zebrafisch, die belegen, dass die reparierten verbindungen waren funktionsfähig.
Die Anwendung der Technologie
Obwohl die Anwendung dieser Technologie zur Reparatur von Verletzten-verbindungen in Patienten erfordern erhebliche zusätzliche Arbeit, diese Studie ist ein vielversprechender Schritt in diese wichtige Richtung. Mehr sofort, die neue Technik können den Wissenschaftlern helfen, erstellen Sie präzisere Modelle des Gehirns.
„Wir sind wirklich daran interessiert, diese Technologie zu nutzen, um Draht mehr von bestimmten verbindungen im menschlichen Hirn-organoids,“ Arlotta sagte.
Aus menschlichen Stammzellen, organoids replizieren wichtige Funktionen der zu entwickelnden Nervensystem in einem Labor Gericht.