souhrn: Nová studie představuje novou bioluminiscenční zobrazovací techniku ke sledování pohybu kyslíku v mozcích myší. Tato metoda, inspirovaná proteiny světlušek, odhaluje rozsáhlé vzorce distribuce kyslíku v reálném čase a poskytuje pohled na stavy, jako je hypoxie způsobená mrtvicí nebo infarktem.
Zkoumá také, jak může sedavý životní styl zvýšit riziko rozvoje Alzheimerovy choroby tím, že odhalí „kapsy hypoxie“ nebo oblasti dočasného nedostatku kyslíku. Tento výzkum připravuje cestu k lepšímu pochopení nemocí spojených s mozkovou hypoxií a testování terapeutických intervencí.
Klíčová fakta:
- Nová technologie bioluminiscenčního zobrazování nyní umožňuje vědcům sledovat pohyb kyslíku v mozku a poskytuje detailní pohledy v reálném čase.
- Metoda ukazuje, že v oblastech mozku může docházet k dočasnému nedostatku kyslíku, známému jako „kapsy hypoxie“, což je častější u sedavých stavů a může být spojeno se zvýšeným rizikem Alzheimerovy choroby.
- Tento výzkum, který tvoří most mezi University of Rochester a University of Copenhagen, by mohl způsobit revoluci v našem chápání nemocí spojených s hypoxií mozku a připravit cestu pro nové terapeutické intervence.
zdroj: Univerzita v Kodani
Lidský mozek spotřebovává obrovské množství energie, která vzniká téměř výhradně formou metabolismu, který vyžaduje kyslík. Efektivní a včasná alokace a dodávka kyslíku je tedy kritická pro zdravou mozkovou funkci, nicméně přesné mechanismy tohoto procesu zůstaly vědcům do značné míry skryty.
Nová bioluminiscenční zobrazovací technika, dnes popsaná v časopise vědyVytvořil vysoce detailní a vizuálně ohromující snímky pohybu kyslíku v mozcích myší.
Tato metoda, kterou mohou snadno napodobit jiné laboratoře, umožní výzkumníkům přesněji studovat formy hypoxie, jako je nedostatek kyslíku v částech mozku, ke kterému dochází při mrtvici nebo srdečním infarktu. Ve skutečnosti poskytuje pohled na to, proč sedavý způsob života zvyšuje riziko onemocnění, jako je Alzheimerova choroba.
„Tento výzkum ukazuje, že můžeme sledovat změny v koncentraci kyslíku nepřetržitě a v široké oblasti mozku,“ říká Maiken Nedergaard, spoluředitel Centra pro translační neuromedicínu se sídlem na University of Rochester a University of Kalifornie, Kalifornie. Kodaň.
„To nám poskytuje podrobnější obraz toho, co se děje v mozku v reálném čase, což nám umožňuje identifikovat dříve nezjištěné oblasti dočasné hypoxie, které odrážejí změny v průtoku krve, které mohou vést k neurologickým deficitům,“ říká Maiken Nedergaard.
Světlušky a věda o náhodě
Nová metoda využívá luminiscenční proteiny, které jsou chemickými bratranci bioluminiscenčních proteinů nalezených u světlušek. Tyto proteiny, které byly použity při výzkumu rakoviny, využívají virus, který dodává buňkám instrukce k produkci fluorescenčního proteinu ve formě enzymu. Když enzym narazí na svůj substrát zvaný furimazin, chemická reakce generuje světlo.
Stejně jako mnoho důležitých vědeckých objevů bylo použití tohoto procesu k zobrazení kyslíku v mozku provedeno náhodou. Felix Benlich, odborný asistent z Centra pro translační neurovědu na Kodaňské univerzitě, původně zamýšlel používat fluorescenční proteiny k měření aktivity vápníku v mozku. Ukázalo se, že došlo k chybě ve výrobě proteinu, což způsobilo zpoždění výzkumu o měsíce.
Zatímco Felix Benlich čekal na příchod nové šarže od výrobce, rozhodl se pokračovat v experimentech na testování a vylepšení monitorovacích systémů. Virus byl použit k dodání pokynů pro produkci enzymů do astrocytů, všudypřítomných podpůrných buněk v mozku, které udržují zdraví neuronů a signalizační funkce, a substrát byl injikován přímo do mozku.
Nahrávky odhalily aktivitu identifikovanou kolísající intenzitou bioluminiscence, což vědci tušili a později potvrdili, že odráží přítomnost a koncentraci kyslíku. „Chemická reakce byla v tomto případě závislá na kyslíku, takže když je tam enzym, substrát a kyslík, systém začne zářit,“ říká Felix Benlich.
Zatímco současné techniky monitorování kyslíku poskytují informace o malé oblasti mozku, vědci pozorovali v reálném čase celou kůru myší. Intenzita bioluminiscence odpovídá koncentraci kyslíku, kterou vědci prokázali změnou množství kyslíku ve vzduchu, který zvířata dýchají.
Změny intenzity světla jsou také v souladu se smyslovým zpracováním. Například, když byly vousy myší stimulovány obláčkem vzduchu, vědci mohli vidět, jak se odpovídající smyslová oblast v mozku rozsvítila.
„Kapsy hypoxie“ mohou naznačovat riziko Alzheimerovy choroby
Mozek nemůže přežít dlouho bez kyslíku, což je koncept demonstrovaný neurologickým poškozením, které rychle následuje po mrtvici nebo infarktu. Co se ale stane, když jsou malé části mozku na krátkou dobu bez kyslíku?
Vědci si tuto otázku nepoložili, dokud se tým v Nedergaardově laboratoři nezačal podrobněji zabývat novými nahrávkami. Při pozorování myší si vědci všimli, že určité malé oblasti mozku občas ztmavly, někdy na několik sekund, což znamenalo přerušení dodávky kyslíku.
Kyslík je distribuován po celém mozku prostřednictvím rozsáhlé sítě malých tepen a kapilár – neboli mikrocév – které prostupují mozkovou tkání.
Prostřednictvím řady experimentů byli vědci schopni určit, že kyslík byl ochuzen kvůli zástavě kapilár, ke které dochází, když bílé krvinky dočasně blokují malé cévy a blokují průchod kyslíku přenášejícího červené krvinky.
Tyto oblasti, které vědci nazvali „kapsy hypoxie“, byly v mozku myší během klidového stavu častější, než když byla zvířata aktivní. Předpokládá se, že zastavování kapilár se zvyšuje s věkem, a to bylo pozorováno na modelech Alzheimerovy choroby.
„Dveře jsou otevřené pro studium řady onemocnění spojených s hypoxií mozku, včetně Alzheimerovy choroby, vaskulární demence a dlouhého Covidu, a toho, jak sedavý způsob života, stárnutí, vysoký krevní tlak a další faktory přispívají k těmto onemocněním,“ říká Maiken. Nedergaard. On přidává:
„Poskytuje také nástroj k testování různých léků a typů cvičení, které zlepšují zdraví krevních cév a zpomalují cestu k demenci.“
Mezi další autory patří Antonius Asiminas z University of Copenhagen, Hajime Heras z University of Rochester, Verena Onteit, Zuzanna Bojarowska, Virginia Pla a Björn Sigurdsson z University of Copenhagen, Vincenzo Temel, Lukas Gehrig a Michael H. Graber z univerzity v Kodani. Univerzita aplikovaných věd a umění Severozápadní Švýcarsko.
financování: Studie byla podpořena finančními prostředky Národního institutu neurologických poruch a mrtvice, Nadace pro lékařský výzkum Dr. Miriam a Sheldona G. Adelsonových, Nadace Novo Nordisk, Lundbeck Foundation, Dánského nezávislého výzkumného fondu a Výzkumného ústavu americké armády. Kancelář.
O těchto novinkách z neurovědního výzkumu
autor: Leva Pollack
zdroj: Univerzita v Kodani
sdělení: Leva Pollack – Univerzita v Kodani
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News
Původní vyhledávání: Uzavřený přístup.
„Kyslíkové zobrazování hypoxických kapes v mozkové kůře myši„Maikin Nedergaard a spol. vědy
shrnutí
Kyslíkové zobrazování hypoxických kapes v mozkové kůře myši
Ztratí vědomí během několika sekund poté, co se zastaví průtok krve do mozku. Mozek nemůže skladovat kyslík a přerušení oxidativní fosforylace je fatální během několika minut. Existují však pouze základní znalosti o parciálním kortikálním napětí kyslíku (ss2) dynamika za fyziologických podmínek.
Zde představujeme zeleně vylepšenou nanolucernu (GeNL), geneticky kódovaný bioluminiscenční indikátor kyslíku ss2 Fotografování.
U myší s bdělým chováním jsme detekovali přítomnost spontánních, prostorově lokalizovaných „kaps hypoxie“ a prokázali jejich souvislost s lokálním odstraněním kapilár. Cvičení snížilo zátěž hypoxických kapes o 52 % ve srovnání s odpočinkem.
Studie poskytuje vhled do kortikální dynamiky kyslíku u zvířat s bdělým chováním a současně vytváří nástroj pro stanovení významu kyslíkové tenze ve fyziologických procesech a neurologických onemocněních.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
