211service.com
Maskar och den mänskliga hjärnan
Det finns inga botemedel mot försvagande neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons, och forskare förstår fortfarande inte vad som får hjärnceller att dö hos patienter som lider av dessa sjukdomar. Men MIT-forskare hoppas kunna påskynda sökandet efter svar och sökandet efter terapier hos ett osannolikt testämne: maskar.
Smarta maskar: MIT-forskare har skapat ett mikrofluidiskt chip för snabba helgenomskärmar och för att testa ett stort antal terapeutiska föreningar i levande maskar. Neuroner i denna mask, den millimeterlånga nematoden C. elegans, är grönmärkta.
Mehmet Fatih Yanik , biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid MIT, utvecklar mikrofluidiska enheter som avsevärt skulle kunna underlätta experiment, inklusive screening av hela genom och drogtester, på små nematodmaskar som kallas C. elegans . De är ett favoritämne för biologer och medicinska forskare eftersom maskarna är små och genomskinliga, och forskare kan göra experiment med dem som inte är möjliga med större djur.
Yaniks polymerchips har två lager av kanaler. Ett lager är som en labyrint, säger han. I detta lager skjuts och sorteras de en millimeter långa maskarna i hög hastighet. Kanalerna är bara några hundra mikrometer breda och rymmer mycket små volymer vätska. Det övre lagret är vad Yanik kallar VVS. Den innehåller ventiler som styr flödet av vätska och maskar.
Sugkanaler tillåter forskare att immobilisera maskarna för avbildning i ett högupplöst mikroskop. Nematodmaskarna består av färre än tusen celler, som var och en kan ses i mikroskop. Med hjälp av Yaniks chip kan du se neuroner dö i realtid i de levande djuren, säger Richard Nass , biträdande professor i pediatrik och farmakologi vid Vanderbilt University Medical Center. Avbildning på denna detaljnivå och hastighet är omöjlig hos större djur, och äldre masksystem kan ge suddiga bilder eftersom maskarna simmar fritt.
Nass utvecklade den första maskmodellen för Parkinsons sjukdom. I den behandlas djuren med ett toxin som dödar dopaminneuroner. På chipet kan maskar sorteras med hjälp av visuella tecken på hur giftet påverkar deras nerver. Ett sådant experiment tar ungefär sex månader med konventionella tekniker, säger Nass. På Yaniks chip tar det en månad.
Som en del av ett samarbete med ett stort internationellt läkemedelsföretag använder Nass chipsen och sina maskar för att upptäcka möjliga behandlingar mot Parkinsons. Människor har tiotusentals dopaminneuroner kopplade till tiotusentals andra neuroner, säger Nass. Maskarna har bara åtta dopaminneuroner, men på molekylär nivå är deras nervsystem nästan identiskt med det mänskliga nervsystemet.
I en typ av experiment som är möjliga med den nya mikrofluidiska enheten, kan maskar på chipet behandlas med föreningar för läkemedelsskärmar med hög genomströmning. Sådana automatiserade läkemedelsscreeningar, som för närvarande utförs på enstaka celler, har inte varit praktiska i hela, levande djur tidigare.
Yaniks chip bör också påskynda helgenomskärmar som hjälper forskare att förstå vilka gener som är nödvändiga för vitala processer, som nervcellers förmåga att återhämta sig från skada. Många av generna i maskar ... fungerar på samma sätt som de gör i högre organismer, säger Richard Roy , docent i biologi vid McGill University. Mer specifikt kan Yaniks chip hjälpa till att påskynda experiment där forskare tystar varje enskild maskgen och tittar på vad som händer för att avgöra vilka gener som är nödvändiga för vilka fysiologiska processer.
Yanik använder chipsen för att studera genetiken för nervregenerering. Han utvecklade en mycket exakt, intensiv laser för att utföra mikrokirurgi på maskarna. Lasern tillåter honom att mycket exakt skära av en enda gren av en neuron utan att skada den omgivande vävnaden. Yanik tystar varje gen i maskens hela arvsmassa, en gen i taget, skär sedan ner neuroner i varje mask och tittar på resultatet. Om en mask med en viss tystad gen inte kan läka den skadade nerven, tyder det på att genen spelar en viktig roll i läkningsprocessen.
Att påskynda studier av maskarna kan få breda konsekvenser för genommedicin. Maskarna ger en särskilt bra modell av det mänskliga nervsystemet, och de används också i stor utsträckning för att studera utveckling, med konsekvenser för mänskliga utvecklingsstörningar och cancer, säger Roy. Yaniks marker, om de lever upp till sitt löfte, skulle vara en enorm förbättring i hastighet, volym och precision jämfört med vad som är tillgängligt för närvarande.