Oamenii de știință au inventat un model de buzunar cu cea mai frecventă formă de scleroză laterală amiotrofică (ALS). „Boala-pe-a-chip”, făcută folosind celule stem, ar putea deschide calea pentru noi tratamente pentru starea progresivă, spun cercetătorii.
În ALS, celulele creierului și ale codului spinal care controlează mișcările musculare voluntare-cunoscute sub numele de neuroni motori-se descompun și mor. Drept urmare, creierul nu mai poate trimite semnale către mușchi, ceea ce duce la simptome de slăbiciune și paralizie musculară, precum și probleme de vorbire, înghițire și respirație.
Într -un studiu publicat pe 3 iulie în Jurnal Cell Stem Celloamenii de știință au dezvăluit un nou model de ALS sporadic, care reprezintă Până la 95% din cazurile ALS și apare spontan fără o cauză genetică clară sau un istoric familial cunoscut. Platforma imită etapele incipiente ale bolii și face acest lucru mai precis decât ar putea putea modelele de laborator anterioare.
Pentru a construi modelul, cercetătorii au colectat celule sanguine de la pacienții cu debut cu debut tânăr, toți sub 45 de ani, și donatori de sex masculin sănătoși, ale căror celule au fost folosite pentru a construi un cip „sănătos”, pentru comparație. Celulele sanguine au fost reprogramate în celule stem pluripotente induse (IPSC), care pot fi transformate în orice tip de celulă din corp. Celulele stem au fost apoi transformate în neuroni motori ai coloanei vertebrale, care în mod normal permit mișcarea și degenerează în ALS.
Un al doilea set de iPSCs a fost transformat în celule similare cu bariera sânge-creier (BBB), ceea ce ajută la prevenirea germenilor și a toxinelor dăunătoare să intre în creier. Neuronii coloanei vertebrale au fost însămânțați într -un canal în interiorul cipului, în timp ce celulele BBB au fost plasate într -un alt canal.
Separate printr-o membrană poroasă, cele două camere au fost apoi perfuzate cu lichid bogat în nutrienți pentru a imita fluxul sanguin continuu. „Chip-ul cu concordanță spinală” a menținut ambele seturi de celule până la aproximativ o lună și a ajutat neuronii să se maturizeze dincolo de ce modele fără fluide curgătoare permise.
Înrudite: Oamenii de știință inventează primul „vagin-on-a-chip”
Cipul de bază a fost Dezvoltat de compania biotehnologică Emulați și apoi personalizat pentru utilizare în modelul ALS de către cercetătorii de la Cedars-Sinai din Los Angeles, California.
Modele anterioare de ALS utilizate și Neuroni derivați de IPSC şi structuri care imită pe cele găsite în creierdar nu aveau flux dinamic, ceea ce face dificil să surprindă aspecte specifice ale bolii.
“Noastre modele anterioare erau statice, ca un fel de mâncare de celule care stăteau nemișcate și nu puteau diferenția între ALS și celulele sănătoase ”, a spus a spus Coautor de studiu Clive Svendsendirector executiv al Consiliului de administrație al Institutului de Medicină Regenerativă de la Cedars-Sinai. „Am recreat un vitro [lab dish] Mediu care respiră și curge ca țesutul uman, ceea ce ne -a permis să detectăm diferențele timpurii în neuronii ALS. “
Alți experți sunt de acord. „Spre deosebire de majoritatea modelelor de laborator care nu au caracteristici vasculare și flux dinamic, acest cip îmbunătățește sănătatea și maturizarea neuronilor”, a spus Dr. Kimberly Idokoun neurolog certificat de bord și director medical la Everwell Neuro, care nu a fost implicat în studiu. “Capturi semnale de boală timpurii în ALS, care sunt adesea greu de detectat”, a spus Idoko pentru Live Science într -un e -mail.
Cu ALS și jetoane sănătoase în mână, cercetătorii au analizat activitatea a peste 10.000 de gene din toate celulele. Una dintre cele mai marcante descoperiri a fost semnalizarea anormală a glutamatului la neuronii din cipul ALS.
Glutamatul este un mesager chimic excitator major, ceea ce înseamnă că face ca neuronii să fie mai susceptibili să tragă și să trimită un mesaj către neuroni suplimentari; Omologul său, GABA, este inhibitor. Echipa a înregistrat o activitate crescută în genele receptorilor glutamatului și scăderea activității în genele receptorilor GABA la neuronii motori, în comparație cu cipul sănătos.
“Am fost intrigați să găsim această creștere a activității glutamatului”, a spus Svendsen. “Deși nu a existat o moarte neuronă vizibilă, ipotezăm că această hiperexcitabilitate ar putea declanșa degenerarea în etapele ulterioare.”
Această constatare se aliniază Teorii de lungă durată despre ALScare sugerează că semnalizarea glutamatului stimulată contribuie la deteriorarea nervilor. Corespunde și cu mecanismul Riluzol de droguri ALScare blochează glutamatul. Noul cip se adaugă dovezilor pentru acest mecanism și ar putea ajuta la dezvăluirea modului în care se manifestă în primele etape, înainte ca simptomele să fie evidente la un pacient, a sugerat Svendsen.
În timp ce Idoko a lăudat modelul, ea a menționat că îi lipsește celule gliale-celule de sistem nervos suplimentare implicate în ALS-și nu surprinde degenerarea în stadiu tardiv observat în ALS. „Cu toate acestea, un model de genul acesta ar putea fi util pentru screeningul timpuriu al medicamentelor, pentru a studia modul în care un medicament ar putea traversa o barieră similară cu bariera sânge-creier, în pregătirea studiilor animale sau umane”, a spus ea.
Echipa lucrează acum pentru menținerea celulelor din model până la 100 de zile. De asemenea, ar dori să încorporeze alte tipuri de celule, precum celulele musculare, pentru a imita pe deplin progresia ALS. Pe măsură ce neuronii motori mor în boală, celulele musculare deșeuri și ei.
“Scopul nostru este acum să construim modele în care mor mai mulți neuroni, astfel încât să putem face mai bine căile bolilor și să testăm tratamentele într-un cadru asemănător omului”, a spus Svendsen. Deocamdată, cipul oferă o fereastră în cele mai vechi modificări moleculare ale ALS și un instrument pentru a afla cum să detecteze și să încetinească boala înainte de a se produce deteriorarea ireversibilă.