Nieuwe hersensensor biedt antwoorden over de ziekte van Alzheimer

Fig.1: Hoge resolutie analyse van genetisch gecodeerde sensor-geïllustreerde transmissie. Een schema van op G proteïne gekoppelde receptor (GPCR) – en bacteriële periplasmatische bindingseiwit (PBP) -gebaseerde genetisch gecodeerde sensoren voor neuromodulerende transmitters. B Schematische voorstelling van virale expressie, in vivo en ex vivo toepassingen van genetisch gecodeerde sensoren. C Schematische voorstelling van superresolutie en / of deconvolutie microscopische analyse van beeldgegevens verkregen met genetisch gecodeerde sensoren. D Driedimensionale spatio-temporele profilering van synaptische transmissie. Let op de verzameling voorbeeldige dierexperimentele gegevens die zijn gemaakt met het onlangs gepubliceerde project [32]​ Credit: Moleculaire psychiatrie (2020). DOI: 10.1038 / s41380-020-00960-8

Wetenschappers van de University of Virginia School of Medicine hebben een hulpmiddel ontwikkeld om communicatie in de hersenen te volgen op een manier die nooit eerder mogelijk was, en het heeft al een verklaring gegeven waarom de geneesmiddelen van Alzheimer een beperkte effectiviteit hebben en waarom patiënten veel erger worden na het verlaten van hen.

De onderzoekers verwachten dat hun nieuwe methode een enorme impact zal hebben op ons begrip van depressie, slaapstoornissen, autisme, neurologische aandoeningen en ernstige psychiatrische aandoeningen. Het zal het wetenschappelijk onderzoek naar de werking van de hersenen versnellen, zeggen ze, en de ontwikkeling van nieuwe behandelingen vergemakkelijken.

“We kunnen nu ‘zien’ hoe hersencellen in scherpe details communiceren in zowel de gezonde als de zieke hersenen”, zegt hoofdonderzoeker J. Julius Zhu van de afdeling Farmacologie van UVA.

Onverwachte transmissies

Met de nieuwe methode die is ontwikkeld door Zhu en zijn medewerkers, kunnen wetenschappers transmissies in de hersenen onderzoeken op zowel microscopisch niveau als op het veel kleinere nanoscopisch niveau. Het combineert een biologische “sensor” met twee verschillende vormen van geavanceerde beeldvorming.

De benadering kan “neuromodulerende” transmissies kwantificeren, die geassocieerd zijn met belangrijke hersenaandoeningen, waaronder verslaving, Alzheimer, depressieve stoornissen en schizofrenie. Ze zijn ook gekoppeld aan autisme, epilepsie, eetstoornissen en slaapstoornissen.

Neuromodulerende transmissies zijn de “langzamere” transmissies in de hersenen. Er wordt doorgaans gedacht dat er veel neuronen in grote regio’s bij betrokken zijn. Dat is in tegenstelling tot de veel snellere transmissies die neuron-naar-neuron plaatsvinden.

Maar de nieuwe tool van Zhu heeft al aangetoond dat het niet zo eenvoudig is.

Bij de ziekte van Alzheimer ontdekten Zhu en zijn collega’s een verrassende mate van “fijne controle en precisie” in de zogenaamd shotgun neuromodulerende transmissies. Veel gebruikte Alzheimer-medicijnen, bekend als acetylcholinesteraseremmers, kunnen deze precieze communicatie remmen, rapporteren de wetenschappers. Dat zou de beperkte effectiviteit van de medicijnen kunnen verklaren, zeggen ze.

De onderzoekers gingen verder met het identificeren van mogelijke veranderingen in de hersenen die zouden kunnen worden veroorzaakt door langdurig gebruik van de medicijnen, wat zou kunnen verklaren waarom patiënten vaak veel erger worden als ze ermee stoppen. “De nieuwe methode wijst op de defecten van Alzheimer in de ongekende ruimtelijke en temporele resolutie, en definieert de precieze doelen voor de geneeskunde”, zei Zhu.

De ziekte van Alzheimer, zeggen de onderzoekers, is slechts het topje van de ijsberg. Het nieuwe systeem heeft “brede toepasbaarheid” over het hele spectrum van neurologische en psychiatrische ziekten en aandoeningen, rapporteren ze in twee nieuwe wetenschappelijke artikelen. De wetenschappers voorspellen dat het in de komende jaren artsen zal helpen neurologische ziekten en psychiatrische problemen te begrijpen, medicijnen te screenen op mogelijke behandelingen, ziekteverwekkende genen te identificeren en betere, meer gepersonaliseerde geneeskunde te ontwikkelen die is afgestemd op de specifieke behoeften van de patiënt.

‘Als we problemen zien,’ zei Zhu, ‘staan ​​we klaar om ze te behandelen.’

De onderzoekers hebben de nieuwe aanpak en hun bevindingen beschreven in de wetenschappelijke tijdschriften Moleculaire psychiatrie en Nano Letters​