Im Labor Geschaffene Schizophrene Gehirnzellen

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Hautzellen von vier individuen mit schizophrenie wurden in neuronen umgewandelt und in laborschalen gezüchtet. Zum ersten mal wurde eine komplexe psychische störung in lebenden gehirnzellen untersucht.

Hautzellen von vier Individuen mit Schizophrenie wurden in Gehirnzellen oder Neuronen umgewandelt und in Laborschalen gezüchtet. Zum ersten Mal wurde eine komplexe psychische Störung mit lebenden Gehirnzellen untersucht.

Die im Labor gezüchteten Neuronen wiesen weniger Verbindungen auf als in gesunden Gehirnzellen, so die Forscher.

Die Forschung wird Wissenschaftlern nicht nur dabei helfen, die Ursachen einer psychischen Erkrankung, die etwa 1 Prozent der Weltbevölkerung (und etwa 3 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten) plagt, zu verstehen, sondern auch einen Schritt hin zu einer personalisierten Medizin für die Betroffenen.

"Das Aufregende an diesem Ansatz ist, dass wir vom Patienten abgeleitete Neuronen untersuchen können, die vielleicht den eigenen Nervenzellen eines bestimmten Patienten entsprechen", sagte der Forscher Gong Chen, ein assoziierter Professor für Biologie am Penn State. Die Methode würde es den Forschern auch ermöglichen zu testen, welche Medikamente für einen bestimmten Patienten am besten funktionieren, ohne dass diese Person es zuerst ausprobieren muss, fügte Chen hinzu. [Bild schizophrener Gehirnzellen]

"Der Patient kann sein oder sein eigenes Meerschweinchen für die Gestaltung seiner eigenen Behandlung sein, ohne dass er direkt experimentiert werden muss", sagte Chen.

Die Forschung ist in der vorausgehenden Online-Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 13. April ausführlich beschrieben.

Zelle smarts

Zu den Herausforderungen bei der Untersuchung psychiatrischer Erkrankungen wie der Schizophrenie zählen der eingeschränkte Zugang zu menschlichen Gehirnzellen sowie die Schwierigkeit, genetische gegenüber Umwelteinflüssen auf die Krankheit herauszureißen, sagten die Forscher.

"Niemand weiß, wie viel die Umwelt zur Erkrankung beiträgt", sagte Studienforscherin Kristen Brennand, Postdoktorandin bei Salk. "Durch das Züchten von Neuronen in einer Schale können wir die Umwelt aus der Gleichung herausnehmen und uns auf die zugrunde liegenden biologischen Probleme konzentrieren." [Brain Cells in Labor Dish Keep Time]

So startete das Team, zu dem auch Fred Gage gehörte, ein Professor im Salk's Laboratory of Genetics, von Grund auf von Grund auf und stellte die Uhr auf Hautzellen zurück, die vier Schizophrenie-Patienten mit einer erblichen Vorgeschichte der Krankheit entnommen wurden. Sie programmierten diese Zellen, um nicht spezialisierte oder undifferenzierte Stammzellen zu werden, die als induzierte pluripotente Stammzellen bezeichnet werden. Auf diese Weise vermieden sie, die Neuronen der Teilnehmer zu entfernen.

"Eine pluripotente Stammzelle ist eine Art unbeschriebenes Blatt", sagte Chen. "Während der Entwicklung unterscheiden sich solche Stammzellen in viele verschiedene, spezialisierte Zelltypen, beispielsweise eine Muskelzelle, eine Gehirnzelle oder eine Blutzelle."

Das Team wies die Stammzellen an, Gehirnzellen zu werden, und verglich die resultierenden Neuronen mit denen, die aus den induzierten pluripotenten Stammzellen von gesunden Individuen gebildet wurden.

Grundlage einer Krankheit

"Niemand weiß, wie viel die Umwelt zur Krankheit beiträgt", sagte Brennand. "Durch das Züchten von Neuronen in einer Schale können wir die Umwelt aus der Gleichung herausnehmen und uns auf die zugrunde liegenden biologischen Probleme konzentrieren."

Und tatsächlich haben sie einige gefunden. Brennand behandelte die Neuronen des Labors mit einem modifizierten Tollwutvirus, das bekanntermaßen Verbindungen zwischen Gehirnzellen transportiert. Dieser Tracer zeigte, dass die schizophrenen Neuronen weniger häufig miteinander verbunden waren und weniger Projektionen aus ihren Zellkörpern herauswuchsen.

Die genetische Analyse zeigte auch fast 600 Gene, deren Aktivität in diesen Neuronen außer Kontrolle war, wobei 25 Prozent dieser Gene in der Vergangenheit mit Schizophrenie in Verbindung standen.

Das Team testete die Fähigkeit von fünf Antipsychotika - Clozapin, Loxapin, Olanzapin, Risperidon und Thioridazin - zur Verbesserung der neuronalen Konnektivität in den Schizophrenie-Gehirnzellen. Nur Loxapin erhöhte die Gehirn-Zell-Verbindungen bei allen Schizophrenie-Patienten signifikant, so die Forscher.

Am Ende des Tages können die Ergebnisse dazu beitragen, das soziale Stigma zu bekämpfen, das oft mit psychischen Störungen verbunden ist. "Viele Leute glaubten, wenn Betroffene ihre Probleme nur durchgearbeitet hätten, könnten sie sie überwinden", sagte Gage. "Aber wir zeigen echte biologische Störungen in Neuronen, die von der Umgebung unabhängig sind."

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