Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Neurony z hepatocytów i to w 1 etapie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Zespół badawczy Liver4Life z Zurichu dokonał rzeczy, którą jeszcze niedawno moglibyśmy śmiało zaliczyć do kategorii fantastyki naukowej. Uszkodzona wątroba, która nie nadawała się do przeszczepu, została podłączona na 3 dni do maszyny, wyleczona, a następnie przeszczepiona pacjentowi, który swoją wątrobę stracił w wyniku nowotworu. Teraz, rok po operacji, pacjent czuje się świetnie.
Zespół z Zurichu dysponuje wyjątkową zbudowaną przez siebie maszyną perfuzyjną. Naśladuje ona ludzkie ciało tak bardzo, jak to obecnie możliwe. Pompa zastępuje serce, a natleniacz płuca, jednostka do dializy pełni rolę nerek. Ponadto przez wątrobę przepuszczane są liczne hormony i składniki odżywcze, spełniające rolę jelit i trzustki. Sama maszyna porusza wątrobą tak, jak czyni to przepona w czasie oddychania.
Już w styczniu 2020 roku informowaliśmy, że maszyna pozwala na utrzymanie ludzkiej wątroby przy życiu przez 7 dni, co był olbrzymim postępem. Już wówczas zauważono, że stan organów w maszynie może ulec poprawie.
Teraz eksperci z Liver4Life dokonali kolejnego olbrzymiego postępu. Podłączyli do swojej maszyny wątrobę, która ze względu na zły stan, została zdyskwalifikowana jako organ nadający się do przeszczepu. Wątrobę leczono przez 3 dni. Tutaj warto przypomnieć, że obecnie zalecenia dla transplantologów mówią, że wątroba do przeszczepu może przebywać poza ludzkim organizmem do 12 godzin. Organy przechowuje się w lodzie lub w komercyjne dostępnych maszynach perfuzyjnych.
Po 3 dniach stan wątroby poprawił się i zaproponowano ją jednemu z oczekujących na przeszczep pacjentów. Ten się zgodził i w maju 2021 roku otrzymał nową wątrobę. Opuścił szpital kilka dni po operacji i do dzisiaj czuje się świetnie. Jestem bardzo wdzięczny. Z powodu szybko rozrastającego się nowotworu miałem niewielką szansę na otrzymanie w odpowiednim czasie organu, komentuje pacjent.
Nasz eksperyment dowiódł, że możliwe jest leczenie wątroby w maszynie perfuzyjnej i zwiększenie tym samym liczby organów dostępnych do przeszczepów, mówi profesor Pierre-Alain Clavien, dyrektor Wydziału Chirurgii Wewnętrznej i Transplantologii w Szpitalu Uniwersyteckim w Zurichu. A profesor Mark Tibbitt z Wydziału Inżynierii Makromolekularnej na ETH Zurich dodaje: Zastosowane przez nas multidyscyplinarne podejście do rozwiązywania złożonych problemów biomedycznych to przyszłość medycyny. Pozwoli to nam szybciej opracowywać nowe techniki leczenia.
Teraz zespół Liver4Life planuje przeprowadzenia podobnych procedur na innych pacjentach. Chce w ten sposób wykazać, że procedura jest wiarygodna i bezpieczna. Dzięki ich pracy w przyszłości przeszczepy wątroby, które są obecnie procedurami pilnymi, wykonywanymi w miarę pojawiania się narządów, będą mogły być planowane z wyprzedzeniem. Jednocześnie specjaliści pracują nad udoskonaleniem swojej maszyny perfuzyjnej. Poszukiwane są też nowe metody leczenia wątroby poza organizmem.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wątroba ma unikatowe możliwości regeneracji po uszkodzeniu. Jednak dotychczas nie było jasne, czy możliwości te nie zmniejszają się wraz z wiekiem. Doktor Olaf Bergmann z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie stanął na czele międzynarodowego zespołu naukowego, który miał zająć się tą kwestią. W trakcie badań naukowcy wykazali, że starzenie się nie wpływa na zdolności regeneracyjne wątroby i są one tak duże, że niezależnie od naszego wieku, wątroba przez całe życia ma średnio... 3 lata.
Wątroba jest odpowiedzialna za oczyszczanie organizmu z toksyn. Jako że przez cały czas ma z nimi do czynienia, prawdopodobnie bez przerwy ulega uszkodzeniom. By zaradzić temu problemowi, organ ten ma unikatowe właściwości regeneracyjne. A jako że zdolności regeneracyjne całego naszego organizmu zmniejszają się wraz z wiekiem, naukowcy chcieli sprawdzić, czy to samo dotyczy wątroby.
Zespół złożony z biologów, fizyków, matematyków i lekarzy przeanalizował wątroby wielu osób, które zmarły pomiędzy wiekiem 20 a 84 lat. Naukowcy ze zdumieniem zauważyli, że komórki wątroby wszystkich zmarłych były mniej więcej w tym samym wieku. Niezależnie od tego, czy masz 20 lat czy 84, twoja wątroba zawsze ma średnio nieco poniżej 3 lat, mówi doktor Bergmann.
Naukowcy mówią tutaj o średnim wieku wątroby, gdyż nie wszystkie komórki są tak młode. Pewna grupa komórek może żyć nawet do 10 lat zanim się odnowi. Ta populacja zawiera więcej DNA niż inne komórki. Większość komórek w naszym organizmie zawiera 2 zestawy chromosomów. Istnieją jednak komórki, które z wiekiem akumulują więcej materiału genetycznego. W końcu zawierają one 4, 8 czy nawet więcej zestawów chromosomów.
Gdy porównaliśmy typowe komórki wątroby z tymi, zawierającymi więcej DNA, odkryliśmy różnice w procesie ich odnowy. O ile typowe komórki odnawiają się raz w roku, komórki zawierające więcej materiału genetyczne mogą żyć nawet przez dekadę. Z wiekiem odsetek komórek bogatszych w materiał genetyczny rośnie. Sądzimy, że jest to mechanizm obronny chroniący nas przed akumulacją szkodliwych mutacji, mówi Bergmann. Uczony chciałby zbadać, czy podobny mechanizm istnieje u osób cierpiących na chroniczne choroby wątroby, które czasem prowadzą do nowotworów.
Podczas określania wieku komórek naukowcy wykorzystali metodę radiowęglową. Jednak nie taką, jaka stosowana jest np. w archeologii, gdyż ze względu na długi czas połowicznego rozpadu nie nadaje się ona do określenia wieku komórek żywego, czy też niedawno zmarłego, organizmu. Z pomocą przyszły jednak testy broni jądrowej prowadzonej w latach 50. XX wieku. W ich wyniku do atmosfery trafiły olbrzymie ilości C14, które zostały zaabsorbowane przez organizmy żywe. W roku 1963 wprowadzono zakaz naziemnych testów broni jądrowej i od tego czasu ilość C14 w atmosferze spada. A ilość C14 w atmosferze bardzo dobrze koreluje z ilością C14 w naszych organizmach. Mimo że są to śladowe ilości, nieszkodliwe dla zdrowia, możemy je wykryć i zmierzyć w tkankach. Porównując zaś ilość radiowęgla w atmosferze i komórkach, możemy określić wiek komórek, wyjaśniają naukowcy.
Grupa Bergmanna zajmuje się też problemem regeneracji innych organów, jak mózg i serce. Obecnie naukowcy badają, czy u osób z chronicznymi chorobami serca pojawiają się nowe komórki. Badanie procesu regeneracji komórek bezpośrednio na ludzkim organizmie jest bardzo trudne z technicznego punktu widzenia. Daje nam jednak unikatowy wgląd w komórkowe i molekularne mechanizmy regeneracji organów, podsumowuje doktor Bergmann.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Komórki wytwarzają wiele różnych związków i kompleksów, które mogą zajmować aż do 40% jej wnętrza. Z tego powodu wnętrze komórki jest niezwykle zatłoczonym środowiskiem, w którym charakteryzacja reakcji biochemicznych jest skomplikowana i złożona, pomimo ogromnego postępu nauki. Dlatego naukowcy zazwyczaj używają obojętnych chemicznie molekuł takich jak niejonowe polimery, aby naśladować naturę w probówce i poza komórką tworzyć zatłoczenie odpowiadającemu temu w naturze.
Jak się jednak okazuje te powszechnie uważane za obojętne dla reakcji biochemicznych związki mogą kompleksować jony. A ponieważ równowaga wielu reakcji biochemicznych zależnych jest od stężenia jonów, jest to szczególnie istotne. Ostatnio, badacze z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk z grupy prof. Roberta Hołysta przedstawili badania przybliżające nas do zrozumienia 1000-krotnych zmian w stałych równowagi tworzenia się kompleksu biochemicznego, gdy zachodzi ona w bardzo zatłoczonym środowisku. Przyjrzyjmy się ich badaniom.
Nasze ciało składa się z trylionów komórek bezustannie współpracujących ze sobą i pełniącymi różne funkcje. Co więcej, nasz organizm w każdej sekundzie wykonuje miliardy zawiłych operacji, a my nawet ich nie zauważamy. Reakcje przebiegające we wnętrzu pojedynczej komórki, a zwłaszcza specyficzne interakcje między indywidualnymi cząsteczkami bardzo często zależą od stężenia jonów w danym miejscu. Wiele reakcji jest szczególnie wrażliwych na zmiany siły jonowej, dlatego równowaga tworzenia się wielu kompleksów biochemicznych (np. kompleksów białko-białko, białko-RNA czy tworzenie się podwójnej nici DNA) może się istotnie zmieniać w zależności od dostępności jonów.
Sprawę ponad to komplikuje fakt, złożona budowa komórek ludzkich. Przyjrzyjmy się bliżej cytoplazmie wewnątrz komórki. Można ją porównać do basenu pełnego pływających w nim obiektów o różnych rozmiarach i kształtach takie jak rybosomy, małe cząsteczki, białka lub kompleksy białko-RNA, nitkowate składniki cytoszkieletu, i organelle np. mitochondria, lizosomy, jądro itd. Wszystko to sprawia, że lepka, galaretowata struktura cytoplazmy jest bardzo złożonym i zatłoczonym środowiskiem. W takich warunkach każdy parametr, a w szczególności siła jonowa i pH może znacząco wpłynąć na przebieg reakcji biochemicznych. Jednym z mechanizmów utrzymywania równowagi jonowej w komórce są pompy sodowo-potasowe znajdujące się w błonie komórkowej prawie każdej ludzkiej komórki, które to są wspólną cechą dla całego życia komórkowego.
Wspomniane zatłoczone środowisko jest często odtwarzane sztucznie, aby zrozumieć reakcje biochemiczne zachodzące wewnątrz żywych komórek. Jako modelu cytoplazmy komórki in vitro zazwyczaj używa się roztworów związków niejonowych w dużych stężeniach (∼40–50% masowego). Najczęstszymi molekułami wykorzystywanymi w tym celu są polietylen, glikol etylenowy, glicerol, fikol, oraz dekstrany. Powyższe cząsteczki uważane są powszechnie za chemicznie nieaktywne.
Zaskakujące wyniki w tej dziedzinie zaprezentowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Wykorzystali oni hybrydyzację oligonukleotydów DNA jako modelową, bardzo wrażliwą na stężenie jonów, reakcję biochemiczną. Stabilność tworzenia kompleksu badano w obecności różnych związków chemicznych zwiększających zatłoczenie w środowisku prowadzonych reakcji oraz w funkcji siły jonowej.
Stężenie jonów w roztworze opisywane jest siłą jonową, która określa efektywną odległość elektrostatycznego odpychania między poszczególnymi cząsteczkami. Dlatego też sprawdziliśmy wpływ siły jonowej na hybrydyzację DNA – zauważa Krzysztof Bielec, pierwszy autor artykułu opisującego odkrycie grupy badawczej.
Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że interakcje między cząsteczkami są wzmacniane przy wyższym stężeniu soli oraz że dodatek polimerów zwiększających zatłoczenie i tym samym lepkość środowiska reakcyjnego także wpływa na dynamikę procesów biochemicznych utrudniając tworzenie kompleksów.
Krzysztof Bielec komentuje: Najpierw sprawdziliśmy wpływ zatłoczenia w środowisku reakcyjnym na stałą równowagi hybrydyzacji DNA. Tworzenie dwuniciowego szkieletu DNA bazuje na oddziaływaniu elektrostatycznym między dwiema ujemnie naładowanymi nićmi. Monitorowaliśmy wpływ zatłoczonego środowiska na hybrydyzację komplementarnych nici o stężeniu nanomolowym charakterystycznym dla wielu reakcji biochemicznych w komórce. Następnie określiliśmy kompleksowanie jonów sodu w zależności od zatłoczenia. Miejsce wiązania kationu w strukturze związku zwiększającego lepkość może różnić się nawet pomiędzy cząsteczkami zawierającymi te same grupy funkcyjne. Dlatego obliczyliśmy oddziaływanie z poszczególnymi cząsteczkami w przeliczeniu na monomer i polimer upraszczając interakcje między jonami a cząsteczkami typu przeszkoda zwiększająca lepkość.
Ku zaskoczeniu badaczy, okazało się, że powszechnie uważane za niereaktywne niejonowe polimery używane do naśladowania warunków panujących w cytoplazmie mogą kompleksować (niejako podkradać) jony niezbędne do efektywnej hybrydyzacji DNA.
Pomimo, że nie jest to dominująca interakcja pomiędzy tymi polimerami a jonami to, gdy stosuje się ogromne stężenie polimerów (kilkadziesiąt procent masy roztworu) efekt jest znaczący.
Określając stabilność kompleksów powstających w obecności konkretnych związków zwiększających zatłoczenie w badanym środowisku reakcyjnym autorzy badania wykazali wpływ jonów na poziomie molekularnym zbliżając nas do lepszego naśladowania warunków panujących w naturze.
Wyniki tych eksperymentów rzucają światło na wyjaśnianie zjawisk otrzymywane dotychczas za pomocą wspomnianych systemów polimerowych oraz skłaniają do rewizji mechanizmów zachodzących w komórce, jeśli badane były środowiskach otrzymywanych sztucznie.
Dzięki wynikom przedstawionym przez naukowców z IChF PAN jesteśmy o krok bliżej zrozumienia poszczególnych procesów molekularnych zachodzących wewnątrz komórek. Szczegółowy opis jest niezwykle ważny w wielu dziedzinach jak na przykład przy projektowaniu nowych leków, zwłaszcza w przewidywaniu konkretnych procesów zachodzących w komórkach podczas leczenia. Może być również pomocny w precyzyjnym planowaniu eksperymentów in vitro. Praca badaczy z IChF PAN została opublikowana w The Journal of Physical Chemistry Letters
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiele trapiących nas chorób ma związek z nieprawidłowo działającymi komórkami. Być może udało by się je skuteczniej leczyć, ale najpierw naukowcy muszą szczegółowo poznać budowę i funkcjonowanie komórek. Dzięki połączeniu sztucznej inteligencji oraz technik mikroskopowych i biochemicznych uczeni z Wydziału Medycyny Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) dokonali ważnego kroku w kierunku zrozumienia komórek ludzkiego organizmu.
Dzięki mikroskopom możemy dojrzeć struktury komórkowe wielkości pojedynczych mikrometrów. Z kolei techniki biochemiczne, w których wykorzystuje się pojedyncze proteiny, pozwalają na badanie struktur wielkości nanometrów, czyli 1/1000 mikrometra. Jednak poważnym problemem w naukach biologicznych jest uzupełnienie wiedzy o tym, co znajduje się w komórce pomiędzy skalą mikro- a nano-. Okazuje się, że można to zrobić za pomocą sztucznej inteligencji. Wykorzystując dane z wielu różnych źródeł możemy ją poprosić o ułożenie wszystkiego w kompletny model komórki, mówi profesor Trey Ideker z UCSD.
Gdy myślimy o komórce, prawdopodobnie przyjdzie nam do głowy schemat ze szkolnych podręczników do biologii, z jego mitochondrium, jądrem komórkowym i retikulum endoplazmatycznym. Jednak czy jest to pełny obraz? Zdecydowanie nie. Naukowcy od dawna zdawali sobie sprawę z tego, że więcej nie wiemy niż wiemy. Teraz w końcu możemy przyjrzeć się komórce dokładniej, dodaje uczony. Ideker i Emma Lundberg ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technicznego stali na czele zespołu, który jest autorem najnowszego osiągnięcia.
Wykorzystana przez naukowców nowatorska technika nosi nazwę MuSIC (Multi-Scale Integrated Cell). Podczas pilotażowych badań MuSIC ujawniła istnienie około 70 struktur obecnych w ludzkich komórkach nerek. Połowa z nich nie była dotychczas znana. Zauważono np. grupę białek tworzących nieznaną strukturę. Po bliższym przyjrzeniu się naukowcy stwierdzili, że wiąże ona RNA. Prawdopodobnie struktura ta bierze udział w splicingu, czyli niezwykle ważnym procesie składania genu.
Twórcy MuSIC od lat próbowali stworzyć mapę procesów zachodzących w komórkach. Tym, co różni MuSIC od podobnych systemów jest wykorzystanie technik głębokiego uczenia się do stworzenia mapy komórki bezpośrednio z obrazów mikroskopowych. System został wyćwiczony tak, by bazując na dostępnych danych stworzył model komórki. Nie mapuje on specyficznych struktur w konkretnych lokalizacjach, tak jak mamy to w schematach uczonych w szkole, gdyż niekoniecznie zawsze znajdują się one w tym samym miejscu.
Na razie w ramach badań pilotażowych uczeni opracowali za pomocą MuSIC 661 protein i 1 typ komórki. Następnym celem badań będzie przyjrzenie się całej komórce, a później innym rodzajom komórek, komórkom u różnych ludzi i u różnych gatunków zwierząt. Być może z czasem będziemy w stanie lepiej zrozumieć molekularne podstawy różnych chorób, gdyż będziemy mogli wyłapać różnice pomiędzy zdrowymi a chorymi komórkami, wyjaśnia Ideker.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Gdy naukowcy z University of Chicago i Argonne National Laboratory porównali ponad 15 000 synaps u makaków i myszy, ze zdumieniem zauważyli, że neurony w korze wzrokowej makaków mają od 2 do 5 razy mniej synaps niż neurony u myszy. Różnica wynikać może prawdopodobnie z metabolicznego kosztu utrzymywania synaps. Naczelne uważane są za bardziej inteligentne od gryzoni, tymczasem okazuje się, że w neuronach myszy występuje więcej synaps.
Po dokonaniu odkrycia naukowcy zasiedli do modelowania komputerowego, które wykazało, że im bardziej rozbudowana sieć neuronów, tym mniej synaps w każdym neuronie. Tworzenie i utrzymanie synaps jest tak kosztowne, że ich liczba jest ograniczana.
David Freedman z UChicago i Narayanan Kasthuri z Argonne przyjrzeli się zarówno synapsom pobudzającym jak i hamującym. Większość wcześniejszych badań skupiała się na synapsach pobudzających. Za pomocą mikroskopu elektronowego wykonali obrazy 107 neuronów z kory wzrokowej makaków i 81 neuronów kory wzrokowej myszy. Okazało się, że w 107 neuronach makaków występuje niemal 6000 synaps, a w 81 neuronach myszy uczeni naliczyli ponad 9700 synaps. Bliższe analizy wykazały, że neurony makaków posiadają od 2 do 5 razy mniej połączeń synaps niż neurony myszy.
To zaskakujące dlatego, że zarówno w neurologii jak i wśród ogółu społeczeństwa przyjęło się założenie, że im więcej połączeń między neuronami, tym wyższa inteligencja. Ta praca jasno pokazuje, że pomimo iż w mózgach naczelnych występuje większa liczba połączeń, to jeśli policzymy je nie ogólnie, a na poziomie pojedynczych neuronów, to naczelne mają mniej synaps. Jednocześnie wiemy, że neurony naczelnych są w stanie wykonywać działania, do których neurony myszy nie są zdolne. To zaś rodzi interesujące pytania, na przykład o konsekwencje budowy większych sieci neuronowych, takich jakie widzimy u naczelnych, wyjaśnia doktor Gregg Wildenberg z Argonne.
Zawsze sądziliśmy, że zagęszczenie synaps u naczelnych będzie podobne do zagęszczenia u gryzoni, a może nawet większe, gdyż z mózgu naczelnych jest więcej miejsca i więcej neuronów. Jednak w świetle tego zaskakującego odkrycia musimy się zastanowić, dlaczego neurony naczelnych tworzą mniej połączeń niż się spodziewaliśmy. Sądzimy, że może to być skutkiem ewolucji. Być może różnica wynika z energetycznego kosztu utrzymania mózgu. Stworzyliśmy więc model sztucznej sieci neuronowej i ją trenowaliśmy, ale nałożyliśmy na nią ograniczenia narzucane przez metabolizm w prawdziwych mózgach. Chcieliśmy zobaczyć, jak wpłynie to na ilość połączeń w tworzącej się sieci, mówi Matt Rosen, który pomagał w modelowaniu komputerowym.
Stworzony model uwzględniał dwa potencjalne koszty metaboliczne. Pierwszy to koszt pojedynczego sygnału elektrycznego przesyłanego między neuronami. Jest on bardzo duży. Drugi z uwzględnionych kosztów to koszt zbudowania i utrzymania synaps.
Dzięki takiemu modelowi odkryli, że im więcej neuronów w sieci, tym większy koszt metaboliczny działania takiej sieci i tym większe ograniczenia w tworzeniu i utrzymywaniu synaps, co skutkuje ich zmniejszoną gęstością.
Masa mózgu to jedynie około 2,5% masy ciała, jednak zużywa on około 20% całej energii organizmu. To bardzo kosztowny organ. Uważa się, że większość tej energii mózg przeznacza na synapsy, zarówno na komunikację między nimi, jak i na ich budowę i utrzymanie, dodaje Wildenberg.
Niezwykłe odkrycie pomoże w przyszłych badaniach. Myślę, że wszyscy neurobiolodzy chcieliby zrozumieć, co czyni nas ludźmi. Co odróżnia nas od innych naczelnych i od myszy. Konektomika badania anatomię układu nerwowego na poziomie poszczególnych połączeń. Wcześniej nie rozumieliśmy dobrze, gdzie na tym poziomie znajdują się różnice, które mogłyby wyjaśnić ewolucję różnych rodzajów mózgu. Każdy mózg zbudowany jest z neuronów i każdy neuron łączy się i komunikuje z innymi neuronami. Jak więc ewolucja stworzyła różne mózgi? Trzeba przebadać wiele różnych gatunków, by zacząć rozumieć, co tutaj się stało.
Ponadto lepsze zrozumienie zagęszczenia synaps, a zwłaszcza stosunku synaps pobudzających i hamujących, może pomóc w ustaleniu podstaw występowania takich chorób jak autyzm czy choroba Parkinsona. Jeśli zbadamy stosunek synaps pobudzających do hamujących u myszy i założymy, że jest on taki sam dla wszystkich gatunków, może to wpłynąć na rozumienie takich chorób. Znaleźliśmy różnice w stosunku synaps pobudzających i hamujących pomiędzy myszami a makakami. Teraz musimy się zastanowić, jakie ma to przełożenie na mysie modele chorób neurologicznych dotykających człowieka, dodaje Wildenberg.
Szczegółowy opis badań został opublikowany na łamach Cell Reports.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.