Gehirn -Reparatur nach Verletzung und der Alzheimer-Krankheit

Forscher an der Penn State University haben eine innovative Technologie entwickelt, um funktionelle Nervenzellen nach einer Hirnschädigung zu regenerieren , und auch in Modellsystemen für die Forschung verwendet für Alzheimer-Krankheit . Die Wissenschaftler haben Stützzellen des zentralen Nervensystems, Gliazellen , verwendet werden , um gesunde, funktionellen Neuronen, die kritisch für die Signalübertragung im Gehirn zu regenerieren.

Gong Chen, Professor für Biologie , die Verne M. Willaman Chair in Life Sciences an der Penn State , und der Leiter des Forschungsteams , ruft die Methode einen Durchbruch in der langen Reise in Richtung Gehirn reparieren. "Diese Technologie kann in eine neue therapeutische Behandlung für traumatische Hirn- und Rückenmarksverletzungenentwickelt werden , Schlaganfall , Alzheimer-Krankheit , Parkinson-Krankheit und anderen neurologischen Erkrankungen ", sagte Chen . Die Forschung wurde online von der Zeitschrift Cell Stem Cell am 19. Dezember 2013 veröffentlicht .

Wenn das Gehirn durch Verletzung oder Krankheit geschädigt , Neuronen häufig sterben oder entartet , aber Gliazellen werden mehrere verzweigte und zahlreich. Diese " reaktiven Gliazellen " zunächst bauen ein Abwehrsystem , um Bakterien und Toxine aus Invasion gesundes Gewebe zu verhindern, aber dieser Prozess schließlich bildet Glia- Narben, die das Wachstum von gesunden Nervenzellen zu begrenzen. " Ein Gehirn - Verletzungsstelle ist wie ein Auto - Absturzstelle ", erklärte Chen . " Reactive Gliazellen sind wie Polizeifahrzeuge , Krankenwagen und Feuerwehrautos sofort hetzen , um zu helfen - aber diese Rettungsfahrzeuge kann zu Problemen führen , wenn zu viele von ihnen in der Szene stecken Das Problem mit reaktiven Gliazellen ist, dass sie oft zu bleiben. Ort der Verletzung und bilden eine Glianarbe und verhindert das Wachstum von Nervenzellen wieder in die verletzten Bereiche ", erklärte er .


Forscher an der Penn State University von Biologen Gong Chen geführt haben, Stützzellen des zentralen Nervensystems, Gliazellen , verwendet werden, um gesunde und funktionelle Nervenzellen , in grün in diesem Bild im Gehirn einer Maus mit der Alzheimer-Krankheit gezeigt, zu regenerieren. Die roten Bereiche sind die gefärbten Zellkernen von Nervenzellen .
Bildquelle : Gong Chen Labor , Penn State University

Vor so vielen Jahren , Chen Labor getestet neue Wege, um Gliazellen Narbengewebe wieder normal Nervengewebe umwandeln. "Es gibt mehr reaktiven Gliazellen und weniger funktionelle Neuronen in der verletzten Stelle ", sagte Chen, " so haben wir die Hypothese aufgestellt , dass wir vielleicht in der Lage, Gliazellen in der Narbe in funktionelle Neuronen an der Stelle der Verletzung im Gehirn umzuwandeln. Diese Forschung wurde von der Nobelpreis ausgezeichnete Technologie von induzierten pluripotenten Stammzellen ( iPS-Zellen ) in Shinya Yamanaka -Gruppe, die , wie man Hautzellen in Stammzellen umzuprogrammieren zeigte entwickelt inspiriert ", Chen erinnerte .

Chen und sein Team studierte zunächst wie reaktiven Gliazellen reagieren auf ein spezifisches Protein , NeuroD1 , die bekanntlich zur Bildung von Nervenzellen im Hippocampus-Areal aus erwachsenen Gehirn wichtig. Sie vermutet, dass NeuroD1 Protein exprimieren, in die reaktiven Gliazellen an der Verletzungsstelle könnte helfen, neue Nervenzellen zu erzeugen - so wie es im Hippocampus tut. Um diese Hypothese zu testen, infiziert sein Team reaktiven Gliazellen mit einem Retrovirus , die den genetischen Code für NeuroD1 Proteins angibt. " Die Retrovirus wir verwendeten, ist replikationsdefizienten und kann daher nicht infizierten Zellen wie andere Viren in freier Wildbahn gefunden töten", sagte Chen . " Noch wichtiger ist, kann ein Retrovirus zu infizieren nur sich teilende Zellen , wie reaktive Gliazellen , aber es hat keine Auswirkungen auf Neuronen , was es ideal für die therapeutische Verwendung bei minimalen Neben Wirkung auf normale Gehirnfunktionen macht . "

In einem ersten Test , Chen und seine Mitarbeiter untersuchten, ob reaktiven Gliazellen nach Injektion NeuroD1 Retrovirus in die Rinde Fläche von erwachsenen Mäusen zu funktionellen Neuronen umgewandelt werden. Die Wissenschaftler fanden heraus , dass zwei Arten von reaktiven Gliazellen - sternförmigen Astroglia- Zellen und NG2 Gliazellen - wurden in Neuronen innerhalb einer Woche , nachdem er mit dem Retrovirus infiziert NeuroD1 umprogrammiert . " Interessant ist, dass die reaktiven Astroglia- Zellen wurden in erregenden Neuronen neu programmiert , während die NG2 -Zellen wurden in beiden erregenden und hemmenden Nervenzellen umprogrammiert , so dass es möglich ist, ein ErregungshemmungGleichgewicht im Gehirn nach der Reprogrammierung zu erreichen ", sagte Chen . Sein Labor durchgeführt auch elektrophysiologische Untersuchungen , die zeigten, dass die neuen Nervenzellen durch die NeuroD1 Retrovirus umgewandelt konnte Neurotransmitter Signale von anderen Nervenzellen zu erhalten , was darauf hindeutet , dass die neu konvertierten Neuronen hatte erfolgreich in lokalen neuronalen Schaltkreise integriert.

In einem zweiten Versuch , Chen und sein Team ein transgenes Mausmodell für Alzheimer-Krankheit, und gezeigt, dass reaktive Gliazellen im erkrankten Gehirn auch die Maus können in funktionelle Neuronen umgewandelt werden. Darüber hinaus zeigte das Team , dass auch in 14 Monate alten Mäusen mit Alzheimer-Krankheit - einer Zeit entspricht in etwa 60 Jahren für den Menschen - Injektion des NeuroD1 Retrovirus in eine Maus Cortex noch induziert eine große Anzahl von neugeborenen Neuronen aus reaktiven umprogrammiert Gliazellen . " Daher ist die Conversion-Technologie , die wir in die Gehirne von Mäusen möglicherweise kann zu funktionellen Neuronen bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit zu regenerieren benutzt werden gezeigt ", sagte Chen .

Um sicherzustellen, dass die Gliazellen zu Neuron Umwandlungsverfahren nicht auf Nagetiere beschränkt , Chen und sein Team weiter getestet, das Verfahren an kultivierten menschlichen Gliazellen . " Innerhalb von 3 Wochen nach der Expression des Proteins NeuroD1 , sahen wir in dem Mikroskop , die menschlichen Gliazellen wurden sich selbst neu zu erfinden : sie ihre Form von flachen blattförmigen Gliazellen in normal aussehende Neuronen mit Axon und dendritischen Zweige verändert", sagte Chen . Die Wissenschaftler weiter getestet die Funktion dieser neu konvertierten menschlichen Neuronen und festgestellt, dass in der Tat in der Lage, sowohl die Freigabe und die Reaktion auf Neurotransmitter waren sie .

" Unser Traum ist , um dieses in vivo -Umwandlungsverfahren in eine nützliche Therapie zu entwickeln , um Menschen mit Nervenverletzungen oder neurologischen Erkrankungen zu behandeln ", sagte Chen . "Unsere Leidenschaft Motivation für diese Forschung ist die Idee, dass ein Alzheimer- Patient, der für eine lange Zeit nicht in der Lage , Dinge zu erinnern , konnte beginnen , neue Erinnerungen nach Regenerierung neue Nervenzellen als Ergebnis unserer in vivo -Umwandlungsverfahren zu haben, und dass eine Schlaganfall Opfer , die nicht einmal mehr bewegen konnte seine Beine beginnen könnte wieder gehen . "