Вчені відтворюють мозкові нейрони для вивчення ожиріння та персоналізації лікування

Технологія, випробувана компанією Cedars-Sinai, забезпечує новий спосіб зрозуміти ожиріння та потенційно оцінити методи лікування

вчені

Вчені відтворили нейрони головного мозку пацієнтів із ожирінням, використовуючи технологію "хвороби в блюді", пропонуючи новий метод для вивчення ролі мозку в ожирінні та, можливо, допомогти адаптувати лікування до конкретних людей.

"Ми зробили перший крок у розробці чудової платформи, яка потенційно могла б бути використана для оцінки впливу експериментальної терапії на конкретних пацієнтів", - сказала Друв Сарін, доктор філософії, доцент кафедри біомедичних наук у Седарс-Сінаї. "Врешті-решт, ми прокладаємо шлях до персоналізованої медицини, в якій ліки можуть бути налаштовані для пацієнтів із ожирінням з різним генетичним походженням та станом захворювання".

Сарін є старшим автором дослідження про висновки, яке проводили слідчі Сідарс-Сінай і опублікували сьогодні в журналі Cell Stem Cell.

За даними федеральної статистики, більше однієї третини дорослих американців страждають ожирінням - стан, який підвищує ризик серцево-судинних захворювань, інсульту, діабету та деяких видів раку. "Ми хотіли провести це дослідження, оскільки ожиріння та пов'язані з цим метаболічні захворювання - це глобальні епідемії, які щороку зростають тривожно". - сказала Сарін. "Ще більш тривожним є збільшення ожиріння серед дітей, яке може мати тривалий вплив на майбутні покоління".

Нове дослідження було зосереджено на області гіпоталамусу мозку, яка регулює голод, спрагу, температуру тіла та інші функції, що вимагають гормонального контролю. Деякі дослідження припускають, що ожиріння може бути результатом, зокрема, генетичних мутацій певних нейронів гіпоталамуса. Ці нейрони виробляють і реагують на хімічні речовини, які впливають на обмін речовин і допомагають мозку та шлунково-кишковому тракту спілкуватися між собою. Коли ці нейрони виходять з ладу, людина може відчувати проблеми, коли вони переповнені, і їм слід припинити їсти, що призводить до збільшення ваги.

"Врешті-решт, ми прокладаємо шлях до персоналізованої медицини, в якій ліки можуть бути налаштовані для пацієнтів із ожирінням з різним генетичним походженням та станом захворювання".

"Розуміння того, як цей процес передачі сигналів працює на клітинному рівні, важливо для надання настільки необхідних підказок для майбутніх стратегій лікування ожиріння", - сказала Сарін. "Але процес важко дослідити, оскільки тканини гіпоталамуса у живих пацієнтів недоступні для безпосереднього дослідження".

Нове дослідження демонструє шлях подолання цього бар'єру за допомогою технології стовбурових клітин для відтворення нейронів гіпоталамуса поза тілом.

Для свого дослідження слідчі відібрали кров і клітини шкіри у п’яти осіб із надмірною ожирінням та семи осіб із нормальною вагою. Супер ожиріння визначали як такий, що має індекс маси тіла 50 або вище порівняно з нормальним показником нижче 25. Слідчі генетично перепрограмували ці клітини в індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPSC), які можуть створювати будь-який тип клітин в організмі. IPSCs були намочені для генерації спеціальних нейронів гіпоталамуса. Через спосіб їх виробництва ці "нейрони в посуді" відповідали генетиці окремого пацієнта, який здав вихідні клітини.

Коли дослідники порівняли нейрони, що генеруються iPSC, у людей із надмірною ожирінням, та нейрони з нормальною вагою, вони виявили значні відмінності. Нейрони із надмірною ожирінням містили безліч генетичних мутацій і аномально реагували на кілька гормонів, які регулюють голод, ситість і метаболізм.

"Ці висновки показали, що технологія iPSC є потужним методом для вивчення ожиріння та того, як взаємодія між генами та навколишнім середовищем може вплинути на його розвиток", - заявив Сарін, керівник Індукованого плюрипотентного ядра стовбурових клітин при Регенеративній медицині Ради керуючих Сідерс-Сінай Інститут. "Ми надійно та ефективно диференціювали множинні iPSC на нейрони гіпоталамуса і, використовуючи складні експресії генів та статистичні методи, показали, що ці нейрони схожі на тканини гіпоталамусу людини".

Він додав, що існує кілька проміжних етапів, перш ніж весь потенціал методу може бути реалізований.

Утра Раджамані, доктор філософії, науковий співробітник Седарс-Сінаю і перший автор дослідження, заявила, що одним з обмежень результатів дослідження є те, що в організмі спеціальні нейрони гіпоталамуса взаємодіють з іншими центрами мозку, а також кишечником, печінкою, підшлунковою залозою та інших органів. Цю інтеграцію важко відтворити в посуді, використовуючи лише один тип клітин.

"У майбутніх дослідженнях ми хотіли б показати функціональний зв'язок між генерованими iPSC нейронами гіпоталамусу та іншими відповідними типами клітин, а також створити відповідні ланцюги людини в посуді - де ці нейрони можуть спілкуватися з іншими органами, як це відбувається в людському тілі," "Сказав Раджамані.

Окрім Саріна та Раджамані, в дослідницьку групу входили дослідники Сідарс-Сінай з Ядра геноміки, Ядра досліджень метаболізму та мітохондрій та Інституту серця Смідта; та з Каліфорнійського університету, Ірвін.

Дослідження клітинних стовбурових клітин є частиною ініціативи Cedars-Sinai Precision Health, метою якої є стимулювання розвитку новітніх технологій та найкращих досліджень у поєднанні з найкращою клінічною практикою, щоб швидко забезпечити нову еру персоналізованого здоров'я.

Фінансування: Дослідження, про які повідомляється в цій публікації, були підтримані інституційними програмними фондами Cedars-Sinai та Національним центром прогресивної поступальної науки Національних інститутів охорони здоров’я під номером премії UCLA CTSI UL1TR000124.

Фото: Два типи гіпоталамусових нейронів (пурпурового та блакитного), які були отримані з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин у рамках дослідження мозку та ожиріння під керівництвом Седарса-Сіная. Інститутом регенеративної медицини Cedars-Sinai рада керівників.