биология 9

Тромбоциты восстановили когнитивные способности стареющего мозга

Ученые из Австралии обнаружили необычные свойства вещества, которое вырабатывается тромбоцитами после занятий физкультурой. Интересно, что им можно воспользоваться даже без спорта.

Гиппокамп мыши. Микроскопическое изображение в искусственных цветах

Многие исследования показывают, что регулярные физические упражнения замедляют возрастное ухудшение когнитивных способностей, а также служат хорошей профилактикой болезни Альцгеймера. Эксперименты на животных подтвердили, что физическая активность приводит к возникновению новых клеток в гиппокампе (участвует в формировании памяти) — части мозга, отвечающей за обучение, долговременную и кратковременную память — и выработке экзеркинов (сигнальные молекулы, которые несут пользу для здоровья).

Однако о молекулярных механизмах того, как физкультура улучшает мозг, и о том, что именно выступает источником выработки экзеркинов, было мало что известно.

Несколько лет назад группа ученых из Квинслендского университета (Австралия) в экспериментах на молодых мышах выяснила, что при физических нагрузках у животных вырабатывается особый хемокин — тромбоцитарный фактор 4 (PF4), авторы называют его экзеркином PF4. Исследователи также узнали, что за выработку PF4 отвечают тромбоциты — безъядерные клетки, которые, как считалось ранее, ответственны лишь за свертывание крови при кровотечениях. Когда этот экзеркин доставлялся в мозг мышей, он способствовал образованию новых клеток (нейрогенез) в гиппокампе.

Теперь же ученые провели новые эксперименты, уже на пожилых мышах. В частности, они попытались выяснить, как тромбоциты и экзеркины повлияют на мозг этих грызунов и сможет ли PF4 «запустить» нейрогенез в гиппокампе, а также замедлить снижение когнитивных способностей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Для эксперимента ученые взяли две группы старых мышей. Первой вводили физраствор, а второй — вещество PF4, после чего смотрели, как изменятся их способность к обучению и память, то есть функции, связанные с работой гиппокампа.

Грызуны, которым вводили PF4, показали лучший результат в тестах на память и обучение, чем мыши, которым вводили физраствор. Ученые пришли к выводу, что у старых животных из второй группы произошло омоложение мозга, «запустился» нейрогенез и улучшились когнитивные способности.

«Наше исследование показало, что экзеркин PF4, который вырабатывается тромбоцитами после тренировок, омолаживает мозг и улучшает когнитивные способности у пожилых особей», — объяснил Одетт Лейтер, ведущий автор исследования.

Лечение на основе вещества PF4 не станет полноценной заменой физическим упражнениям, подчеркнули ученые. Однако для пожилых, не способных заниматься спортом из-за проблем с подвижностью, как и для более молодых людей, ленящихся упражняться, это открытие может быть весьма полезно. Пусть экзеркин PF4 — лишь суррогат нормальных упражнений, который не может омолодить организм так же, как спорт, для тех, кому недоступен полноценный аналог, интерес может представлять и такой заменитель.

В будущем австралийские ученые планируют провести испытания на людях, но прежде они намерены выяснить, как мыши с болезнью Альцгеймера реагируют на PF4.

Статья спизжена отсюда

Адаптация приматов-инвалидов в дикой природе

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Японская макака с врождёнными дефектами

Врожденные пороки развития, болезни и травмы, полученные во взрослом возрасте, бывают не только у людей, но и у животных. Это вовсе не означает, что такая особь в дикой природе непременно погибнет — она может жить и адаптироваться к своим недостаткам.

Ученые из Университета Конкордия (Канада) решили больше узнать о том, как такие животные выживают в дикой природе. Исследование, опубликованное в American Journal of Primatology, посвящено приматам. Специалисты проанализировали 2807 исследований, проведенных с 1931 по 2023 год. В работах изучались в общей сложности 125 видов, чаще всего это были шимпанзе. К другим видам относились японские макаки, макаки-резусы, макаки-крабоеды и оливковые бабуины. Из всего объема изученных работ ученые выделили 114 статей о физических недостатках приматов.

Выяснилось, что врожденные пороки развития больше характерны для макак, а вот травмы и болезни в процессе жизни чаще получали шимпанзе. По крайней мере, именно такие случаи были объектом проанализированных учеными работ.

Несмотря на физические недостатки, приматы смогли приспособиться — они адаптировали свое типичное для вида поведение, чтобы выжить и даже размножаться. Так, некоторые шимпанзе успешно передвигались на трех или даже двух конечностях (за неимением остальных) вместо обычных четырех. Приматы с физическими особенностями активно внедряли в свою жизнь новые способы функционирования. Если у них не было передних конечностей, они использовали предплечья, чтобы наклонить ветку с фруктами и поесть.

Интересно, что к нуждам детеныша-инвалида адаптировались и их родители. Они обеспечивали дополнительный уход, что не наблюдалось в случае здорового потомства. Более того, сородичи помогали своим родственникам с ограниченными возможностями. Например, самец японской макаки «усыновил» молодую обезьяну-сироту с физическими недостатками.

(1) Взрослый самец без кистей и с пороками развития ног;
(2) Тот же самец прыгает на двух ногах;
(3) Взрослый самец с пороками развития кистей ест картошку;
(4) Группа обезьян с ограниченными возможностями и без них занимается социальным уходом;
(5) Молодая самка с обширными пороками развития всех четырех конечностей, передвигается используя локти;
(6) Взрослая самка-инвалид ухаживает за сородичем без инвалидности, используя жесты ухода, характерные для инвалидов;
(7,8) Взрослый самец без инвалидности держит и ухаживает за младенцем-инвалидом, в то время как мать сидит рядом;
(9) Взрослая самка с сильно уродливыми руками сжимает зерно в жесте кормления, характерном для инвалидов

«Приматы находят способы изменить свое поведение — например, уникальный стиль передвижения, ношение своих детенышей, методы поиска пищи, а также индивидуальный стиль социального ухода, чтобы компенсировать свои физические недостатки», — рассказала одна из авторов работы Сара Тернер.

Еще ученые узнали, что примерно 60 процентов случаев инвалидности приматов были связаны с деятельностью человека. Обезьяны попадали в силки, предназначенные для других животных, получали увечья в результате столкновений с автомобилями, переносили инфекции, передающиеся от людей, или болели из-за воздействия загрязняющих веществ. Этот вывод оказался весьма неожиданным для исследователей, поэтому они рекомендовали уделить более пристальное внимание охране дикой природы.

Статья спизжена отсюда

Биологи поняли, зачем пчелы строят соты не шестигранной формы

Среди множества шестиугольных сот изредка появляются пяти- и семигранные. Долгое время они считались случайной ошибкой, нарушающей стройность общей структуры. Но оказалось, что такие ячейки — результат элегантного решения геометрической проблемы, связанной со «стыковкой» сот разных размеров.

Пчелы выводят потомство в шестиугольных сотах. Такая форма позволяет использовать минимум строительного материала при максимуме внутреннего объема каждой соты, при этом между ними не остается просветов. Лишь изредка встречаются соты нестандартной формы — пяти- и семигранные. Более того, это характерно и для пчел, и для некоторых ос, их родственников. Новая работа американских ученых показала, что это позволяет соединять в единой конструкции соты разных размеров, в которых созревают личинки с разной судьбой. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале PLoS Biology.

Напомним, что колонии пчел и общественных ос состоят из многочисленных стерильных рабочих особей — потомства единственной самки, матки, которая занята лишь откладыванием яиц. До определенного момента в сотах развиваются только рабочие, пока колония не достигнет нужного размера и ей не придет пора «размножиться».

Для этого необходимо вывести фертильных особей, самок и самцов, которые станут основой новой семьи. Такие особи требуют особых условий развития, они заметно крупнее рабочих, поэтому и соты им нужны побольше. Это ставит перед насекомыми необычную геометрическую проблему: соединить в рамках единой конструкции, без промежутков, шестигранные ячейки разных размеров.

Соты пчел и ос с парами ячеек нестандартной формы. Снимки ориентированы так, что более «свежие» соты находятся внизу, показывая, что пятигранная ячейка строится перед семигранной, позволяя переходить к шестигранникам больших размеров

Чтобы выяснить, как решается эта задача, Майкл Смит (Michael Smith) и его коллеги из Обернского университета (США) собрали снимки 115 колоний пяти видов пчел (Apis mellifera, A. cerana, A. dorsata, A. florea и A. andreniformis) и пяти видов общественных ос (Vespula vulgaris, V. maculifrons, V. flavopilosa, V. shidai и Metapolybia mesoamerica). С помощью машинного зрения они получили точные данные по числу и длине граней, а также количеству соседей для 22 745 отдельных сот.

Оказалось, пяти- и семиугольные соты возникают при переходе от небольших к крупным сотам. Они возводятся парами, так что общее число внешних граней остается тем же, что и у двух шестиугольных ячеек. Это позволяет легко «стыковать» такую пару с соседями, не нарушая общую структуру. Одновременно размеры граней пятиугольной соты дают возможность соединять ее с небольшими шестиугольниками, а более длинные грани семиугольной соты — перейти к более крупным шестиугольникам.

Эффективность этого решения подтвердило моделирование, проведенное математиками из Корнеллского университета на основе триангуляции Делоне. Они показали, что добавление больших шестигранников к массиву малых постепенно деформирует общую структуру: это либо приведет к возникновению просветов, либо потребует строительства дополнительных, нефункциональных ячеек. Однако введение пяти- и семигранных пар снимает эту проблему, позволяя сохранить целостность конструкции без потерь.

Статья спизжена отсюда

Мозг

9:3 в пользу темной стороны силы

Стартап сделает вашу копию-эмбрион, чтобы вырастить ткани для пересадки

Продолжение этого поста. 

Израильская биотехнологическая компания планирует создавать человеческие эмбрионы для получения тканей для трансплантации.

Чуть ранее Джейкоб Ханна, биолог из Института Вайсманна продемонстрировал, что из стволовых клеток мышей, без яйцеклеток и сперматозоидов, можно создать эмбрионы и вырастить их в механической утробе до стадии, когда у них разовьется бьющееся сердце, кровоток и головная складка.

Теперь компания Renewal Bio собирается сделать то же самое с людьми. В итоге компания рассчитывает получить человеческие эмбрионы, эквивалентные сорока- или пятидесятидневной беременности. На этой стадии уже сформированы органы, а также конечности и пальцы.

"Мы видим эмбрионы как лучший 3Д-принтер", - говорит Ханна. "Мы хотим знать, можем ли мы использовать эти эмбрионы, чтобы получить клетки для трансплантации."

Клетки например крови эмбриона могут быть собраны, размножены и влиты пожилому человеку, чтобы "перезагрузить" его иммунную систему. Еще одним решением может быть выращивание эмбрионов бесплодных, в силу возраста, женщин и дальнейшее использование собранных гонад, из которых потом можно вырастить яйцеклетки - в лаборатории или трансплантировать их женщине.

Но конкретные планы компания пока не озвучивает, чтобы не завышать ожидания и не пугать народ. Омри Амирав-Дрори, директор стартапа, считает, что они обладают самой многообещающей технологией со времен CRISPR. "Возможность создать эмбрион без спермы, яйцеклеток и утробы невероятна! Мы считаем, что эта технология может оказать огромное влияние как на фертильность, так и на долголетие."

Возможным такой прорыв сделала комбинация стволовых клеток и нового типа реакторов в лаборатории Ханны. Год назад исследователи впервые показали "механическую утробу", в которой несколько дней выращивали эмбрионы мышей. Система включала в себя вращающиеся колбы с сывороткой крови, насыщенной кислородом. В новом исследовании Ханна использовал те же механические утробы для выращивания эмбрионов созданных из стволовых клеток.

Когда стволовые клетки выращиваются вместе в контейнерах особой формы, они начинают спонтанно объединяться и создавать структуры, называемые эмбриоиды, бластоиды, грабоиды - синтетические эмбриомодели. Многие ученые, впрочем, настаивали, что не смотря на внешнее сходство, эти структуры неспособны развиться.

Однако, Ханна смог вырастить эти эмбриомодели в своих механических утробах больше, чем когда-либо - до стадии, когда начинает биться сердце, течь кровь и появляются зачатки мозга и хвоста. "Эмбрионы выглядят прекрасно! Анализ клеток разных типов показывает, что они на 95% совпадают с обычными эмбрионами мышей".

Но даже при этом всем, технология выращивания искусственных эмбрионов остается неэффективной. Лишь 1 из 100 попыток была успешной, и даже эти эмбрионы, которые развивались дольше других, в конце концов, начинали страдать от аномалий развития, таких как проблемы с сердцем. Возможно, потому, что чтобы расти дальше, им требуется правильное кровоснабжение.

В будущих экспериментах Ханна собирается использовать собственные клетки крови и кожи (а также клетки нескольких добровольцев) для создания эмбрионов человека. Эта перспектива не пугает Ханну. Сейчас нет способа перейти от жизни в пробирке - к настоящей. Без плаценты, пуповины, соединяющей эмбрион с матерью, ни один искусственный эмбрион не выживет после трансплантации в утробу. "Мы не пытаемся создать копии людей, нельзя назвать 40-дневный эмбрион мини-мной".

Но с развитием подобных технологий могут начаться дебаты о правах эмбрионов и могут ли они использоваться как мясо для науки и медицины. Национальные институты здоровья США порой отказывают в финансировании исследованиям искусственных эмбрионов, когда им кажется, что они будут слишком похожи на настоящих.

И хотя Ханна считает, что искусственные эмбрионы из стволовых клеток, выращенные в лаборатории, никогда не будут приравнены в правах к человеку, у него есть план, как этого наверняка избежать. Возможно, например, генетически модифицировать зародыш так, что эмбрион не разовьет голову. Ханна считает, что подобные ограничения помогут с этическими дилеммами. "Мы думаем, что это важно и вложили много усилий в это", - говорит Ханна. "Генетические изменения могут убрать легкие, сердце или мозг".

Стартап уже нанял нескольких студентов Ханны и лицензировал технологию Института Вайсманна. Теперь он начнет вкладывать деньги в улучшение инкубаторов, разработку сенсоров для отслеживания развития эмбрионов и искать пути продления срока их жизни в лаборатории. Ханна, являющийся сооснователем Renewal, опрашивал ученых и врачей, чтобы узнать, что бы они сделали, имея доступ к множеству синтетических эмбрионов возрастом в дни или даже недели.  "Мы спрашивали людей: представьте, чего мы могли бы добиться, какие перспективы бы открылись? И у них загорались глаза!"

Живые мышиные эмбрионы - из клеток кожи.

Израильские ученые вырастили в инкубаторе эмбрионы мышей с мозгом и бьющимся сердцем без использования яйцеклеток и сперматозоидов.

Исследователи использовали стволовые клетки кожи мышей. Это первый раз, когда развитый эмбрион любого вида был создан с использованием только стволовых клеток. Прошлые попытки доходили только то стадии бластоцисты, сейчас же эмбрионы выросли до более, чем миллиона клеток, за восемь дней.

Ключом к достижению стали специальные инкубаторы, в которых каждый эмбрион содержится в сосуде с жидкостью, которые вращаются так, чтобы эмбрион не касался стенок. Инкубатор создает все необходимые условия, включая концентрацию кислорода, давление и температуру. Жидкость, разработанная в лаборатории, снабжает эмбрионы питательными веществами и гормонами.

Джейкоб Ханна, автор исследования, считает, что однажды технология может быть использована для выращивания человеческих эмбрионоподобных структур, чтобы получать клетки для проведения футуристических медицинских процедур. Вы отдаете клетки кожи или крови, из них выращиваются искусственные эмбрионы, которые производят клетки для выращивания органов, которые потом трансплантируют вам.

https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2822%2900981-3

Видеосъемка микробов с использованием дифференциальной интерференционно-контрастной микроскопии.

Исследователи из Израиля и США создали "мини-человека-на-чипе" для ускорения испытаний лекарств.

Соус

Ученые создали девять различных человеческих мини-органов-на-чипе, на которых можно будет испытывать лекарства. Они смогли даже больше: объединить девять органов - включая мозг, сердце и печень - в мини-человека-на-чипе.

Две   новых статьи от исследователей из Тель Авива и Гарварда были опубликованы в Nature Biomedical Engineering.

Органы-на-чипе были впервые разработаны в 2010 году в Гарварде. Ученые взяли клетки из разных органов - сердца, мозга, почек и легких - и используя биоинженерию поместили их в пластиковые контейнеры, так называемые "чипы".

В новых исследованиях ученые соединили различные мини-органы вместе и показали, что они реагируют на препараты так же, как  органы живых людей реагировали бы на них в ходе клинических испытаний.

Разрабатывая лекарства, исследователи сначала испытывают их на мышах и только потом, в случае успеха, уже на людях. Но в 60-90 процентах случаев препараты, которые оказались эффективными с мышами, с людьми не работают. Это делает процесс разработки лекарств очень длительным и дорогостоящим. Было бы очень хорошо, если бы можно было пропустить стадию с мышами. И это было невозможно до сего момента.

Команда из 57 ученых в течение 7 лет разрабатывала то, что они называют "a functioning comprehensive multi Organ-on-a-Chip (Organ Chip) platform". Они заставили клетки почек в пластиковом контейнере работать как фильтр (как почки работают в человеческом теле), а клетки сердца - сокращаться. И все то же самое для других органов и тканей: печени, мозга, ГЭБ, легких, костого мозга, кожи и кишечника.

Кроме того, они создали так называемого "дознавателя", роботизированное устройство для переноса жидкости, связывающее между собой различные органы-на-чипе, заменяющее кровоток.

Затем ученые протестировали на органах-на-чипе два препарата: от воспаления кишечника и от рака. Исследование показало, что система из органов-на-чипе реагировала на препараты точно так же, как человеческие органы во время клинический испытаний.