Gesundheit

Fehlerhafte Gehirn schaltungen repariert mit dem Einsatz von Nanotechnologie: Mögliche neue Angriffspunkte für die Behandlung von Demenz und geistige Behinderung

Arbeiten mit Maus und menschlichem Gewebe, Johns Hopkins Medicine berichten Forscher neue Beweise dafür, dass ein protein, das Abpumpen von einigen-aber nicht allen-Populationen der „Helfer“ – Zellen im Gehirn, die sogenannten Astrozyten, spielt eine Besondere Rolle bei der Steuerung der Bildung von verbindungen zwischen Neuronen notwendig für das lernen und die Bildung neuer Erinnerungen.

Mit Mäusen, die gentechnisch gezüchtet und mit weniger solche verbindungen, die Forscher durchgeführten proof-of-concept-Experimente, die zeigen, dass Sie liefern könnten korrigierende Proteinen über Nanopartikel zu ersetzen das fehlende protein wird benötigt für „Straßen-Reparaturen“, die auf die mangelhafte neuronale Autobahn.

Da eine solche Binde-Netzwerke verloren gehen oder beschädigt werden durch neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder bestimmte Arten der geistigen Behinderung, wie Norrie Krankheit, die Forscher sagen, Ihre Erkenntnisse Voraus, die Bemühungen um nachwachsen und Reparatur der Netze und die möglicherweise die Wiederherstellung der normalen Funktion des Gehirns.

Die Ergebnisse sind beschrieben in der Mai-Ausgabe von Nature Neuroscience.

„Wir freuen uns auf die grundlegende Biologie, wie Astrozyten-Funktion, aber vielleicht entdeckt haben, ein neues Ziel für irgendwann dazwischen bei neurodegenerativen Erkrankungen, die mit neuen Medikamenten“, sagt Jeffrey Rothstein, M. D., Ph. D., John W. Griffin, Direktor des Brain Science Institute und professor von Neurologie an der Johns Hopkins University School of Medicine.

„Obwohl Astrozyten scheinen alle gleich Aussehen in das Gehirn, hatten wir eine Ahnung, dass Sie möglicherweise haben spezielle Rollen in das Gehirn wegen der regionalen Unterschiede in der Gehirn-Funktion und wegen der beobachteten Veränderungen bei bestimmten Krankheiten“, sagt Rothstein. „Die Hoffnung ist, dass das lernen zu nutzen, die individuelle Unterschiede in diesen unterschiedliche Populationen von Astrozyten kann es uns ermöglichen, direkt die Entwicklung des Gehirns oder sogar umkehren die Auswirkungen bestimmter gehirnzustände, und unsere aktuellen Studien erweitert, die Hoffnung.“

Im Gehirn, die Astrozyten sind die support-Zellen, die als Führungen, um direkt neue Zellen, fördern die chemischen Signale und bereinigen Nebenprodukte des Gehirns Zellstoffwechsel.

Rothstein ‚ s-team konzentrierte sich auf einen bestimmten Astrozyten-protein, Glutamat-transporter-1, die frühere Studien vorgeschlagen wurde, verloren von Astrozyten in bestimmten teilen der Gehirne mit neurodegenerativen Erkrankungen. Wie ein Biologischer Staubsauger, die das protein normalerweise saugt das Chemische „Bote“ Glutamat aus den Räumen zwischen den Nervenzellen nach dem senden einer Nachricht zu einer anderen Zelle, ein Schritt erforderlich, um das Ende der übertragung und verhindern, dass toxische Konzentrationen von Glutamat aus dem Aufbau.

Wenn diese Glutamat-Transporter verschwinden von bestimmten teilen des Gehirns-wie die motorischen Kortex und Rückenmark, in den Leuten mit Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) — Glutamat hängt herum viel zu lang, das senden von Nachrichten, die übererregung und die Zellen zu töten.

Um herauszufinden, wie das Gehirn entscheidet, welche Zellen müssen die Glutamat-Transportern, Rothstein und Kollegen konzentriert sich auf die region der DNA vor, dass das gen normalerweise steuert die ein-aus-Schalter benötigt, die zur Herstellung des proteins. Sie gentechnisch veränderte Mäuse, die zu glühen, in jeder Zelle, wo das gen aktiviert.

Normalerweise ist der Glutamat-transporter wird aktiviert in allen Astrozyten. Aber, durch die Verwendung von zwischen 1.000 – und 7.000-bit-Segmente der DNA-code von den on-off Schalter für Glutamat, in allen Zellen, im Gehirn glühte rot auf, einschließlich der Nervenzellen. Es war nicht bis die Forscher versucht, die größte Folge von einer 8,300-bit-DNA-code von diesem Standort aus, dass der Forscher begann, um zu sehen, einige Auswahl in rote Zellen. Diese roten Zellen waren alle in Astrozyten, aber nur in bestimmten Schichten des Gehirns ist der cortex von Mäusen.

Weil Sie sich identifizieren konnten diese „8.3 rot Astrozyten,“ die Forscher dachten, Sie könnten eine bestimmte Funktion anders als andere Astrozyten im Gehirn. Um mehr zu erfahren, was genau diese 8.3 rot Astrozyten im Gehirn, die Forscher verwendeten eine Zell-Sortier-Maschine zum trennen der roten Astrozyten aus dem ungefärbten diejenigen im Gehirn der Maus kortikalen Gewebe, und dann identifiziert, die Gene aktiviert wurden, um viel höher als das übliche Niveau in der roten im Vergleich zu den ungefärbten Zellen-Populationen. Die Forscher fanden heraus, dass die 8.3-rot Astrozyten wiederum auf hohe Niveaus eines Gens, dass codes für ein anderes protein, bekannt als Norrin.

Rothstein ‚ s team nahm Neuronen aus Maus-Gehirn, behandelte Sie mit Norrin, und festgestellt, dass diese Neuronen wuchs mehr der „äste“ – oder extensions-zur übertragung von chemischen Nachrichten zwischen Gehirnzellen. Dann, Rothstein sagt, die Forscher untersuchten die Gehirne von Mäusen entwickelt, um Mangel Norrin, und sah, dass diese Neuronen hatten weniger Verzweigungen als bei gesunden Mäusen, machte Norrin.

In einer anderen Reihe von Experimenten, die Forschungs-team hat die DNA-Codes für Norrin plus die 8,300 „location“ – DNA und montiert Sie in lieferbare Nanopartikel. Wenn Sie injiziert, die Norrin-Nanopartikel in das Gehirn von Mäusen entwickelt, ohne Norrin, die Neuronen in diesen Mäusen begann schnell zu wachsen, viele weitere Zweige, ein Prozess, was darauf hindeutet, dass die Reparatur von neuronalen Netzen. Sie wiederholten diese Experimente mit menschlichen Neuronen zu.

Rothstein stellt fest, dass Mutationen in der Norrin-protein reduzieren die Niveaus des proteins im Menschen verursachen Norrie Krankheit-eine seltene, genetische Erkrankung, die zur Erblindung führen kann, in der kindheit und einer geistigen Behinderung. Weil die Forscher waren in der Lage zu wachsen neue äste für die Kommunikation, Sie glauben, dass eines Tages könnte es möglich sein, an Norrin für die Behandlung bestimmter Arten von geistigen Behinderungen wie Norrie Krankheit.

Für die nächsten Schritte, die Forscher untersuchen, ob Norrin kann die Reparatur von verbindungen in das Gehirn von Versuchstieren, die mit neurodegenerativen Erkrankungen und in der Vorbereitung für den möglichen Erfolg, Miller und Rothstein haben eingereicht, ein patent für Norrin.

Andere Autoren der Publikation sind Sean Miller, Thomas Philips, Namho Kim, Raha Dastgheyb, Zhuoxun Chen, Yi-Chun Hsieh, J. Gavin Daigle, Jeannie Kauen, Svetlana Vidensky, Jacqueline Phan, Ethan Hughes, Michael Robinson, Rita Sattler, Jung Soo Suk, Dwight Bergles, Norman Haughey, Mikhail Pletnikov und Justin Hanes von der Johns Hopkins, und Malika Datta und Raju Tomer von der Columbia University.

Diese Arbeit wurde finanziert durch Zuschüsse von der National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program und das National Institute of Neurological Disorders and Stroke (R01NS092067, R01NS094239)