Orme og den menneskelige hjerne

Der findes ingen kure mod invaliderende neurodegenerative sygdomme som Parkinsons, og forskerne forstår stadig ikke, hvad der får hjerneceller til at dø hos patienter, der lider af disse sygdomme. Men MIT-forskere håber at fremskynde søgen efter svar og søgen efter terapier i et usandsynligt forsøgsperson: orme.

Smarte orme: MIT-forskere har skabt en mikrofluidisk chip til hurtige helgenomskærme og til at teste et stort antal terapeutiske forbindelser i levende orme. Neuroner i denne orm, den millimeter lange nematode C. elegans, er mærket med grøn.

Mehmet Fatih Yanik , assisterende professor i elektroteknik og datalogi ved MIT, udvikler mikrofluidiske enheder, der i høj grad kan lette eksperimenter, herunder screening af hele genomer og lægemiddeltestning, på små nematodeorme kaldet C. elegans . De er et yndet emne for biologer og medicinske forskere, fordi ormene er bittesmå og gennemsigtige, og forskere kan lave eksperimenter med dem, som ikke er mulige med større dyr.

Yaniks polymerchips har to lag af kanaler. Det ene lag er som en labyrint, siger han. I dette lag bliver de en millimeter lange orme shuttlet og sorteret med høj hastighed. Kanalerne er kun et par hundrede mikrometer brede og rummer meget små mængder væske. Det øverste lag er det, Yanik kalder VVS. Den indeholder ventiler, der styrer strømmen af ​​væske og orme.

Sugekanaler gør det muligt for forskere at immobilisere ormene til billeddannelse på et højopløsningsmikroskop. Nematodeormene består af færre end tusind celler, som hver kan ses under mikroskopet. Ved at bruge Yaniks chip kan du se neuroner dø i realtid i de levende dyr, siger Richard Nass , assisterende professor i pædiatri og farmakologi ved Vanderbilt University Medical Center. Billeddannelse på dette niveau af detaljer og hastighed er umuligt hos større dyr, og ældre ormesystemer kan give slørede billeder, fordi ormene er fritsvømmende.

Nass udviklede den første ormemodel af Parkinsons sygdom. Heri bliver dyrene behandlet med et toksin, der dræber dopaminneuroner. På chippen kan orme sorteres ved hjælp af visuelle tegn på, hvordan toksinet påvirker deres nerver. Sådan et eksperiment tager omkring seks måneder ved at bruge konventionelle teknikker, siger Nass. På Yaniks chip tager det en måned.

Som en del af et samarbejde med et stort internationalt lægemiddelfirma bruger Nass chipsene og sine orme til at opdage mulige Parkinsons-terapier. Mennesker har titusindvis af dopaminneuroner forbundet med titusindvis af andre neuroner, siger Nass. Ormene har kun otte dopaminneuroner, men på molekylært niveau er deres nervesystem næsten identisk med det menneskelige nervesystem.

I en type eksperiment, der er mulig med den nye mikrofluidiske enhed, kan orme på chippen behandles med forbindelser til high-throughput lægemiddelscreeninger. Sådanne automatiserede lægemiddelscreeninger, som i øjeblikket udføres på enkeltceller, har ikke tidligere været praktiske i hele, levende dyr.

Yaniks chip skulle også fremskynde hel-genom-skærme, der hjælper forskere med at forstå, hvilke gener der er nødvendige for vitale processer, såsom nervecellers evne til at komme sig efter skade. Mange af generne i orme … fungerer på samme måde, som de gør i højere organismer, siger Richard Roy , lektor i biologi ved McGill University. Konkret kan Yaniks chip hjælpe med at fremskynde eksperimenter, hvor forskere dæmper hvert eneste ormegen og ser, hvad der sker, for at afgøre, hvilke gener der er nødvendige for hvilke fysiologiske processer.

Yanik bruger chipsene til at studere genetikken ved nerveregenerering. Han udviklede en meget præcis, intens laser til at udføre mikrokirurgi på ormene. Laseren giver ham mulighed for meget præcist at afskære en enkelt gren af ​​en neuron uden at beskadige det omgivende væv. Yanik dæmper hvert gen i ormens hele genom, ét gen ad gangen, afbryder derefter neuroner i hver orm og ser resultatet. Hvis en orm med et bestemt stillet gen ikke kan hele den beskadigede nerve, tyder det på, at genet spiller en vigtig rolle i helingsprocessen.

Fremskyndelse af undersøgelser af ormene kan have brede konsekvenser for genomisk medicin. Ormene giver en særlig god model af det menneskelige nervesystem, og de er også meget brugt til at studere udvikling med implikationer for menneskelige udviklingsforstyrrelser og kræft, siger Roy. Yaniks chips, hvis de lever op til deres løfte, ville være en enorm forbedring i hastighed, volumen og præcision i forhold til det, der er tilgængeligt i øjeblikket.

skjule