клетки мозга

ISRIB - молекула, которая может стать волшебной таблеткой для мозга

Ученый из Германии считает, что его экспериментальный препарат может омолодить мозг и обратить вспять многие заболевания.

Немецкий биохимик Питер Уолтер и его коллега из Аргентины Кармела Сидрауски объявили о своем открытии чуть больше десяти лет назад. Они нашли молекулу, достаточно простую, но тем не менее, способную очень сильно улучшить память и способность к обучению их мышей в Университете Калифорнии в Сан-Франциско. С тех пор были получены революционные результаты: препарат обращал вспять возрастные когнитивные изменения, восстанавливал потерю памяти после травмы головы и улучшал память у мышей с синдромом Дауна.

Все клетки производят белки для самых разных функций: хранение воспоминаний, транспортировка кислорода, уничтожение вирусов. Когда клетка начинает производить дефективные белки, активируется механизм, тормозящий производство и уничтожающий их. Если этот процесс продолжается, клетка "совершает суицид". Это механизм контроля за неправильно свернутыми белками.

Этот механизм очень тонок. Если ответ будет чрезмерным, то смерть большого количества клеток может привести к дегенеративным заболеваниям вроде Альцгеймера и Паркинсона. Если в результате ответа выжили не те клетки, может возникнуть рак.

С момента открытия ISRIB Уолтер выиграл все возможные премии. Shaw Prize в 1 миллион долларов в 2014; Breakthrough Prize в 3 миллиона в 2018, который он разделил с еще четырьмя коллегами. 20 июня еще с тремя коллегами он получил премию в 400 тысяч евро Frontiers of Knowledge Award. Специалисты считают, что он получит и Нобелевскую премию.

Уолтер - одна из главных звезд стартапа Altos Labs, в котором и без того работают четыре Нобелевских лауреата.

Молекула ISRIB управляет так называемым интегрированным стрессовым ответом. Молекула небольшая и, как говорит Уолтер, если вы химик, то она красивая. Он сам, будучи еще и скульптором, запилил 250-киллограмовую статую этой молекулы из бронзы.

Уолтер и Сидрауски передали лицензию на патент ISRIB компании Calico, связанной с основателями Google.

Дальше некоторые ответы Уолтера на вопросы журналиста:

- Calico сейчас проводит исследование ISRIB на 300 пациентах с боковым амиотрофическим склерозом.

- Молекула омолаживает функции мозга. Самое главное в том, что все заболевания объединяет активация интегрированного стрессового ответа, который и вызывает когнитивные нарушения. Это общий узел, через который проходят все патологии. Стукнуться головой - это не то же самое, что нормально стареть или иметь лишнюю хромосому при синдроме Дауна, или иметь скопления белков при Альцгеймере. И все же все эти процессы приводят к активации одного и того же механизма. Это и есть главный злодей. Мы можем воздействовать на него и получить выгоду. Пока - у мышей.

- У мышей не наблюдалось никаких побочных эффектов.

- Если дать ISRIB старой мыши, она будет обучаться как подросток.

- Хоть мозги мышей и человека сильно отличаются, механизмы одни и те же. Шансы, что препарат сработает и на людях, высоки.

- Препарат уже можно купить на Алибабе, и есть те, кто его покупает и принимает, но я категорически против. Мы пока еще не знаем, как он повлияет на людей.

Журналист так же задал несколько вопросов про Altos Labs, его основателей и финансирование, но Уолтер отказался отвечать.

Раковые клетки пойманы на воровстве митохондрий «щупальцами»

nature.com

Ученые из Женской больницы Бригама и Массачусетского технологического института обнаружили необычный способ, которым рак защищается от иммунной системы. Опухоль направляет в сторону иммунных клеток маленькие «щупальца» и высасывает митохондрии. Благодаря этому раковая клетка получает энергию и истощает лимфоцит.

«Рак убивает, когда иммунная система подавлена, а опухолевые клетки способны метастазировать. Похоже, нанотрубочки помогают и в том и в другом, — говорит автор исследования Шиладитья Сенгупта, директор Центра инженерной терапии Бригама. — Это совершенно новый механизм, с помощью которого раковые клетки обходят иммунную систему. Теперь у нас есть потенциальная мишень для поисков лекарства».

Ученые культивировали раковые клетки молочной железы и иммунные Т-клетки совместно. С помощью полевого эмиссионного сканирующего электронного микроскопа они заметили, что клетки физически связаны крошечными «щупальцами» шириной 100–1000 нанометров. Для сравнения, толщина человеческого волоса — от 80 000 до 100 000 нанометров. В некоторых случаях нанотрубочки сплетались и формировали толстые жгуты.

Команда пометила митохондрии флуоресцентным красителем и наблюдала, как ярко-зеленые органеллы вытягиваются из Т-лимфоцитов, проходят через нанотрубки и попадают в раковые клетки.

i) Предполагаемая модель воровства митохондрий. h) Передвижение митохондрий (желтые стрелочки) по нанотрубочкам от иммунной клетки к раковой

«Это было очень интересно, у раковых клеток никогда не наблюдали подобного поведения», — говорит автор работы Хэ Линь Чжан, главный исследователь Центра инженерной терапии.

Затем ученые попытались выяснить, что произойдет, если помешать раковым клеткам захватывать митохондрии. Они ввели ингибитор образования нанотрубочек в подопытных мышей, и рост опухолей у них снизился.

«Живой» процессор из 16 органоидов мозга успешно функционирует

Компания FinalSpark объявила о запуске онлайн-платформы для доступа к необычному процессору, сделанному из 16 органоидов человеческого мозга. Фактически речь идёт о «живом» процессоре, а его элементы умеют самостоятельно обучаться и обрабатывать информацию. В сравнении с обычными центральными процессорами такая разработка требует в миллион раз меньше энергии. В её основе лежит до четырёх живых органоидов человеческого мозга, подключённых к кремниевым чипам. Один такой органоид содержит примерно 10 000 живых нейронов, выращенных из стволовых клеток. Диаметр органоида — 0,5 мм. Каждый хранится в инкубаторах при температуре, близкой к температуре человеческого тела. Все они снабжаются водой и питательными веществами, а также защищены от бактерий и вирусов. Органоиды подключены к электрической цепи посредством крошечных электродов. 

Такие двусторонние электроды умеют посылать и принимать электрические импульсы в органоиды. Этого достаточно, для базовых функций при работе процессора. Сейчас доступ к платформе имеют сотрудники девяти научных учреждений.

Технология открывает двери для новых исследований в сфере нейровычислений. Но если в будущем компании захотят коммерциализировать такие нейропроцессоры, им нужно будет решить проблему долговечности компонентов. Потому что, в отличие от кремниевых чипов, такие процессоры «живут» только 100 дней. 

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

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!"

Учёные вырастили крошечный человеческий мозг с подключением к ПК — он быстро научился решать уравнения и различать людей по голосу

Новая работа с живыми клетками человеческого мозга показала перспективность объединения живых тканей с компьютером. Колония живых нейронов обучалась быстрее искусственных моделей с почти таким же результатом. Если отбросить вопрос с этикой, до проблем с которой пока далеко, живые клетки человеческого мозга могут превзойти современные и будущие нейронные сети, работающие на кремниевых чипах, как по производительности, так и по экономическим соображениям.

С помощью стволовых клеток учёные вырастили так называемый органоид мозга — объёмную колонию клеток, повторяющих структуру нейронов и их связей в мозге. Это не первый и наверняка не последний эксперимент с живыми клетками, позаимствованными у человека. Ранее органоид мозга, например, научили игре в «Понг», с чем он успешно справился. В таких исследованиях самым сложным бывает донести информацию до «мозга» и считать её.

Группа профессора Го Фэня из Университета штата Индиана в Блумингтоне (США) предложила достаточно простое решение — они вырастили органоид на высокоплотном массиве электродов. Электроды, а это, по сути, компьютерный интерфейс, вносили данные в клетки «мозга» и считывали результат его последующей активности. Тем самым на практике была реализована такая архитектура спайковой (импульсной) нейросети, как резервуарная. Что происходило в массиве нейронов, учёным было неизвестно, но условно живая модель показала способность к быстрому обучению и расчётам.

Живой искусственный «мозг» был не такой точный, как искусственные нейронные сети с длинной цепью элементов краткосрочной памяти, но каждая из этих сетей прошла 50 этапов обучения. Сеть Brainoware достигла почти таких же результатов менее чем за 10 % времени обучения, потраченного на обучение искусственных цепей.

«Могут пройти десятилетия, прежде чем будут созданы универсальные биокомпьютерные системы, но это исследование, вероятно, даст фундаментальное представление о механизмах обучения, развитии нервной системы и когнитивных последствиях нейродегенеративных заболеваний»,— мечтают авторы работы,опубликованнойв журналеNature Electronics.

"Вирус превращает клетки организма в зомби, это восхитительно интересно"

Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили, что клетки, поражённые вирусом SARS-CoV-2, имеют отростки (филоподии), похожие на «зловещие» щупальца ("sinister" tentacles), которые тянутся к здоровым клеткам, что способствует быстрому поражению организма инфекцией

Об этом пишет Financial Times со ссылкой на исследование, которое опубликовал научный журнал Cell

«Существуют нити, которые протыкают дыры в других клетках, и вирус проходит через отверстие от клетки к клетке. Наша гипотеза в том, что это ускоряет заражение», — пояснил профессор Неван Кроган

ссылка на гифку

/кадр из фильма "Life"/

Известный физиолог из Дании Анке Ниния опроверг надежды многих людей развить мозг еще на 90%. Специалист заявляет, что мы уже используем его на всего 100%. Развивать нечего. Итоги исследовательской работы ученого опубликованы в издании Videnskab.

Ученый считает, что использование лишь 10% ресурсов головного мозга крайне нелогично с точки зрения эволюции. Изучение работы мозга с помощью новейшего оборудования доказывает, что во время выполнения различных задач мозг активирован почти полностью. При этом, содержание мозга довольно дорого обходится человеческому организму: вся деятельность мозга расходует порядка четверти энергии нашего тела.

В пользу полной работы мозга говорит и тот факт, что при повреждении совсем небольших участков мозга во время инсульта, это ведет к катастрофическим последствиям для организма. При этом, ученый отмечает, что действительно, одновременно все восемьдесят шесть миллиардов нейронов не работают никогда. Мозг поддерживает определенное соотношение между клетками, обрабатывающими сигналы, и находящими в состоянии покоя. Если бы вдруг мозг задействовал все свои нейроны, с человеком случился бы припадок.

Так что, резюмирует Анке Ниния, мечты о взрывном развитии человеческого мозга не состоятельны. Человек всегда задействовал свой мозг полностью.

https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/133541-datskie-fiziologi-oprovergli-mnenie-chto-chelovek-zadejstvuet-lish-10-mozga

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