Sov med fiskene

Der er et nyt marsvin i jagten på søvnrelaterede stoffer: Zebrafisken. Forskere ved Harvard University har udviklet et screeningsværktøj, der tester virkningerne af tusindvis af forbindelser på zebrafisks adfærd i et forsøg på at opdage nye veje, der styrer søvn. Forskningen, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Videnskab , kan resultere i nye lægemidler til behandling af søvnløshed og andre søvnrelaterede lidelser.

Søvnigt hoved: Harvard-forskere bruger zebrafisk som model til at finde lægemiddelkandidater til søvnløshed og andre søvnforstyrrelser. På billedet ovenfor ses hoveddelen af ​​en zebrafisklarve. Zebrafiskens hjerne er mærket med grønt.

Alexander Schier og hans kolleger ved Harvard udviklede et automatiseret system til at vurdere 60.000 forskellige søvnrelateret adfærd hos zebrafisk, en tropisk fisk, der ofte bruges i videnskabelig forskning. Efter screening af 5.600 små molekyler på larverne opdagede holdet 463 signifikante søvnændrende forbindelser, hvoraf mange har været kendt for at have lignende virkninger hos mennesker.

Vi forventede ikke så meget bevarelse af virkningerne af lægemidler mellem mennesker og zebrafisk, siger Schier, professor i molekylær og cellulær biologi. Dette var et principbevis på, at mange af de veje, der findes hos mennesker, er bevaret i fisk.

Schier siger, at sådanne adfærdsmæssige ligheder kan gøre zebrafisk til en ideel model til at studere, hvordan og hvorfor mennesker sover, mysterier, der stort set er uløste. Det er stadig uklart, hvilke molekylære mekanismer der styrer søvn og vågenhed. At udpege disse veje og finde lægemidler til at blokere eller promovere dem er et stort fokus for mange farmaceutiske virksomheder - søvnmedicin genererer 7 milliarder dollars i årlige overskud i USA. Imidlertid er lægemiddeludviklingsprocessen kedelig og dyr. Schier mener, at test af lægemiddelkandidater i zebrafisk kunne være et billigt og ligetil alternativ til konventionel lægemiddelscreening.

For at teste et lægemiddel studerer forskere typisk først dets virkninger i dyrkede celler, for at se om lægemidlet binder sig til en målreceptor eller et molekyle. Derefter fremmer de stoffet til dyreforsøg, hvor de tester adfærdsmæssige effekter hos levende forsøgspersoner. Men lægemidler, der har visse virkninger i dyrkede celler, har ofte uventede bivirkninger – eller ingen effekt – hos et levende dyr.

Fordelen ved zebrafisk er, at man kan holde et stort antal dyr på en meget lille plads, og opdrætte mange, mange dyr relativt billigt, siger Schier. I modsætning til fluer og orme, som ofte bruges i de tidlige stadier af farmaceutisk forskning, er fisk hvirveldyr. Der kan findes meget i zebrafisk, som er relevant for pattedyr, siger han.

For at screene stofferne pipetterede forskere enkelte zebrafisklarver ind i en lille brønd i en bakke med 96 brønde. Hver brønd blev injiceret med et lægemiddel, hvor et lægemiddel blev testet på 10 forskellige larver. De placerede bakken i et optagekammer med infrarøde og hvide LED-lys og et kamera tilsluttet computersoftware. Efter at have sat bakken op med et tilsvarende gitter på computerskærmen, programmerede forskerne lysets timing til at simulere dag og nat. Kameraet registrerede hver fisks aktivitet over to dage, og videosporingssoftware plottede hver fisks bevægelser pr. sekund.

Z'er for zebrafisk: Zebrafisklarver (ovenfor) er naturligt gennemsigtige. Forskere håber på en dag at studere virkningerne af søvnmedicin på hjernen og rygmarven, hvilket kan ses på billedet ovenfor som en lang hvid struktur, der strækker sig fra venstre mod højre.

Ved hjælp af klyngealgoritmer grupperede Schier og hans kolleger fisk i 60.000 forskellige adfærdsprofiler, afhængigt af forskellige begrænsninger. Når du slukker lyset, hvor ofte er de aktive? Når de er inaktive, hvor længe? Det er det, vi observerer i fiskene, siger Schier. Du kan måle mange forskellige parametre, og det giver dig mulighed for at profilere forskellige lægemidler.

Antiinflammatoriske midler, såsom cytokiner, ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler og cyclosporin, havde en overraskende effekt. Normalt inducerer disse stoffer søvn, når de tages for at bekæmpe infektioner såsom influenza. Schier fandt dog ud af, at når de blev givet til normale, sunde zebrafisk, gjorde disse forbindelser eller immunmodulatorer fisk mere aktive i løbet af dagen.

I sygdom er immunmodulatorer blevet impliceret i søvn, siger Schier. Vi foreslår, at der måske er en baseline-funktion for disse immunmodulatorer under normale søvn- og vågnecyklusser.

Sådanne resultater kan hjælpe forskere med at identificere nye molekylære spillere involveret i søvn og vågenhed. Irina Zhdanova , lektor i anatomi og neurobiologi ved Boston University Medical School, studerer de fysiologiske mekanismer af døgnrytmer og søvn hos zebrafisk. Zhdanova siger, at der er mange søvnrelaterede lægemidler på markedet med betydelige bivirkninger; disse effekter kan undgås med bedre screeningsværktøjer.

Det enorme omfang af lægemidler testet [af Schiers gruppe] viser, at zebrafisk-baserede test effektivt kan bruges til i det mindste at forhåndsscreene flere klasser af eksisterende lægemidler og nye kandidatstoffer, siger Zhdanova. [Det er] bestemt meget nyttigt.

I fremtiden, siger Schier, kan zebrafisk også bruges som en model til at teste lægemidler for menneskelige psykiatriske sygdomme som skizofreni og autisme. Idéen er at identificere gener forbundet med den menneskelige sygdom og forsøge at konstruere den samme genetiske defekt i zebrafisk. Forskere kunne derefter lede efter visse adfærdsændringer som et resultat, såsom en fisks følsomhed over for berøring eller dens reaktion på visuelle signaler.

Forhåbentlig ville der være en sammenhæng mellem det påvirkede gen og ændring i adfærd, og man ville forsøge at rette op på ændringen i adfærd ved at tilføje særlige stoffer, siger Schier. Det er lidt science fiction i øjeblikket, men det er muligt.

skjule