Дивовижний вихід риби у виклик епілепсії; Цифрова органічна культура

Смугаста або плямиста, Даніо реріо, він же даніо, підтверджений дослідженнями епілепсії. Лабораторії починають користуватися багатьма перевагами цієї маленької тварини при вивченні та розумінні цієї патології.

виклик

Danio rerio (Ф. Гамільтон, 1822) (zebra danio) - Автор: Погребной-Александров

Хочете знати, який зв’язок між акваріумом, смужками зебри та дослідженнями епілепсії? Це данина! У жорсткій конкуренції за вивчення цієї хвороби ця рибка стикається з іншими відомими лабораторними конкурентами ... Отже, ви можете запитати себе: "Риба вивчати хвороби людини?" Справді? " Так звичайно ! Щоб це зрозуміти, давайте розглянемо подробиці конкурсу на дослідження епілепсії.

Епілепсія: великий виклик

Це одна з тих нудних суботніх вечорів, коли невгамовне бажання нічого не робити вас охоплює ... Ви запіваєте, але нічого особливого. Коли раптом програма викликує вас: "захисники грому"? Якісь Олімпійські ігри для тварин? Досить, щоб скрасити вечір, нехай судові процеси розпочнуться !

Названий “epilēpsía ” у Стародавній Греції, що означає «напад, перехоплення, раптова зупинка» (1), найбільшим викликом, який нас сьогодні цікавить, є не хто інший, як один із найдавніших недуг, відомих людству (2). Тварини-претенденти, які беруть участь у цій події, мають різні характеристики. Подібно до пацієнтів-людей, які, за оцінками, складають 50 мільйонів у всьому світі (1), вони можуть:

  • втратити свідомість або мати відсутність, тобто періоди, коли вони більше не реагуватимуть (що називається симптоми "petit mal")) (3) (4)
  • судоми більш-менш сильно (симптоми "великого маль") (4)

Ми частіше говоримо про «кризи», які можуть бути більш-менш частими і які виникають внаслідок раптових електричних розрядів, і часто короткочасних, на рівні нейронів мозку. (1) Ці електричні імпульси можуть спричинити пошкодження головного мозку, нейродегенерацію (втрату функції або загибель нейронів, пошкоджених шоком) (5) і впливати на когнітивні функції, такі як навчання, пам’ять, рух та відчуття (зорові, слухові тощо). Але це ще не все: вони також можуть бути причиною таких розладів, як тривога або депресія (1) (A) .

Ступінь кризи - Автор: Харді Алексіс

Походження цих судом залежить від безлічі факторів, які є настільки ж багатьма предметами, що вивчаються у цій боротьбі з епілепсією. Ось комплексні випробування на майбутнє: наші конкурентоспроможні тварини повинні змогти відповісти на виклик.

Напружений графік ...

Програма завдання "Дослідження проти епілепсії" передбачає повну групу факторів, які слід вивчити.

Першим пунктом, який слід врахувати у спортсмена, є не хто інший, як його спосіб життя, який можна співвіднести зі збільшенням частоти нападів (4):

Навколишнє середовище збільшує частоту криз - Автор: Харді Алексіс

Це зменшує бажання проводити безсонні ночі на вечірках ...

З іншого боку, ризик розвитку цієї патології може збільшуватися за рахунок інших факторів (4), таких як:

  • Вік (діти та люди старше 60 років)
  • Травми голови, інфекції головного мозку (наприклад, менінгіт ...)
  • Інфаркти
  • Божевілля

На жаль, на цьому справа не закінчується: генетика може схилити до епілепсії! Тоді ми говоримо проідіопатична епілепсія (6), тобто без визначеної причини, але пов'язаної з генетикою. Але будьте обережні, не думайте, що існує «ген епілепсії». Насправді, частина генетики у появі епілепсії додається до інших факторів, згаданих вище: патологія може з'явитися в результаті взаємодії генетики з цими факторами (вік, спосіб життя тощо).

Підводячи підсумок, наші претенденти підпадають під дію екологічних та/або генетичних факторів, які можуть спричинити їхню участь у бою. Тож, щоб допомогти цим претендентам подолати ці труднощі, вчені закликали наших конкурентів вищого рівня, я назвав ... "модельними організмами" !

Виклик проти епілепсії: міжнародне журі

Перш ніж розглядати виклики виклику, важливо переглянути кваліфікацію, а також вибір журі щодо тварин, відібраних для участі у дослідженні епілепсії.

Важливо знати, що модельні організми дозволяють проводити експерименти, щоб зрозуміти точні клітинні механізми, порівнянні з механізмами у людей. Бути зразковим організмом для одного виду захворювання - важка дисципліна. Ви повинні мати можливість пройти багато кваліфікацій, щоб заявити, що відповідаєте цьому, і взяти участь у змаганні (7):

  • Будь цікавим з точки зору генетичні: бажано, щоб геном був малим із наявними інструментами молекулярної біології, простими та швидкими для його вивчення.
  • Необхідно, щоб Ембріональний розвиток бути коротким: якщо ми хочемо подивитися на потомство, випробування можуть бути нескінченними з розвитком із швидкістю равликів.
  • Важливо, щоб в організмі було багато нащадки мати якомога більше осіб від одного батька. Це має важливе значення для відтворюваності експериментів, тобто повторити ті самі експерименти, щоб перевірити отримані результати.

Однак багатьом організаціям вдалося поєднати всі кваліфікації, накладені вченими, і зараз вони використовуються в боротьбі з епілепсією.

Тварини-конкуренти: за вашими оцінками, налаштуйтесь ... ідіть !

У команді черв'яків є Caenorhabditis elegans, яка з 19 століття спокушала дослідників своїм гермафродитизмом (Б) .

Caenorhabditis elegans - Автор: Кбраднам

З найдивовижнішою дієтою (вона харчується виключно бактеріями) і довжиною 1 мм, C.elegans легко вирощується та зберігається в лабораторії. Він чесний конкурент, не ризикуючи вживати допінг: його прозорість і незмінна кількість клітин не дозволяють йому обдурити. З фіксованою та визначеною кількістю нейронів у 302 у 959 дорослих клітинах, цей хробак здається чудовою моделлю. І незважаючи на свою морфологічну простоту, він виявляє поведінку, яка дозволяє вивчати епілептичні симптоми (С), такі як судоми, що супроводжуються киванням головою. (D)

На жаль, кілька деталей виводять цього хробака з перегонів: його дуже проста нервова система та нейрони, що зовсім відрізняються від людських, ускладнюють знахідки у людському масштабі. З іншого боку, методи вимірювання електричних потенціалів у мозку важко використовувати C.elegans (VS) .

У команді дрібних ссавців ми маємо Mus Musculus або ... домашня миша! Цей прізвище, гідне найвищих важкоатлетів, є важливим модельним організмом у лабораторіях. Він використовується з 16 століття (а) !

Mus musculus - Автор: Джордж Шуклін

Маленький, простий у розведенні, з швидким циклом розвитку (близько 2 місяців) та репродуктивним циклом, який триває цілий рік (непогано для тестування на витривалість), немає жодних сумнівів у його перевагах. Іншим важливим інтересом є те, що між людьми та мишами існує 99% гомології генів. Більше того, його близькість до людей дозволяє спостерігати подібні епілептичні прояви поведінки, такі як відсутність, наприклад. (E) Будучи однією з перших моделей для вивчення цієї патології, є багато експериментальних даних щодо цього дрібного гризуна (a), який добре відомий науковому співтовариству.

Однак важливо підкреслити, що варіація генетичного фону у мишей (= експресія інших генів, що втручаються у функцію досліджуваного гена) також може призвести до протилежних або суперечливих результатів (С) при дослідженні епілепсії.

З іншого боку, вартість дослідження може стати високою, і участь цього гризуна включає інвазивні (а) (або мікродеструктивні) методики: ураження необхідні для аналізу результатів (видалення хвоста, розтин тощо). І нарешті, ще одна складність з мишами - це етичний аспект: навіть якщо це буде предметом іншої дискусії (а), важливо підкреслити, що це важливий момент.

Таким чином, навіть найближча до людини миша не завжди найкраще підходить для вивчення епілепсії, але є найприсутнішою у змаганні! Сказано, повернемося до наших овець ... ну, до нашої риби.

Рибки даніо: провідний шлях

Третя і остання команда, про яку ми поговоримо, - це рибна команда Даніо реріо, даніо, як представник! Потрапляючи прямо з Індії (8), він дуже маленький, його дуже легко вирощувати, і він може дати більше сотні яєць при кожному кладці, даючи прозорі ембріони. Тому він також дуже добре розміщений у перегонах (9). У цьому претенденті реле подій, що провокують епілептичні напади, подібне до того, що викликає судоми у ссавців (С): тоді ми можемо легко порівняти результати, отримані у даніо, з людьми !

І, нарешті, великий плюс, щоб перевірити вплив різних молекул на даніо, просто додайте їх в акваріум. Оскільки ембріони проникні, тоді ми можемо змусити однотипні молекули діяти одночасно на сотні риб! Таким чином, можна протестувати ряд методів лікування, які у разі успіху могли б перейти до наступного етапу: до клінічних випробувань на людях (9) .

Але як проявляється епілепсія у риби? Насправді бути «епілептиком» для риби не означає, що вона має всі можливі типи симптомів. Його напади характеризуються (F):

  • поведінка + рухова активність: якщо його рухи ненормальні та швидкі, ми спостерігаємо збільшення його середньої швидкості. Для цього ми використовуємо камери для відстеження його рухів у 3D !
  • діяльність мозку: коли у риби виникають напади (мимовільні або викликані проепілептичними агентами), сильніша або раптова електрична інтенсивність у мозку вимірюється за допомогою електрода. Оскільки вода і електрод погано змішуються, рибу знеболюють і вимірювання виймають з води (Даніо реріо може жити кілька хвилин під відкритим небом) (G) Вчені можуть також використовувати в якості показника гени, що експресуються сильніше після судом.
  • Нарешті, морфологія: напади можуть вплинути на ріст риб та їх мозок, ми потім вимірюємо, чи сповільнюється їх ріст, чи певні ділянки їх мозку пошкоджені чи зменшені. (за допомогою візуалізації: флуоресценція, імуногістохімія тощо)

Зрештою, як виглядає риба-епілептик? Майте на увазі, що риба, що має судом, набагато видніша, ніж простий кивок головою:

(Модифікації Алексіс Харді)

Одночасне вимірювання мозкової активності та руху хвоста - Автор: Turrini L et al.

Данио на 4 дні після запліднення
CTRL: умова контролю, тобто без обробки.
1 мМ PTZ/15 мМ PTZ: підвищення концентрації PTZ (також званий Пентилентетразол), агента, здатного викликати епілептичні напади.

Потім рухи даніо, яких дослідники зробили флуоресцентними, можуть реєструватися за допомогою камер! Окрім цього, ми маємо зображення, що підсумовує рухи (начебто середні), які нанесені під час відео. Наприклад, якщо хвіст нерухомий (або майже) на відео, він буде чітким у кадрі, який утворюється за допомогою знімків, які потім накладаються. Навпаки, при багатьох рухах накладання зображень дає зображення, яке здається «розмитим».

Під впливом судомного агента, такого як PTZ у прикладі, показаному вище, ми можемо побачити, що середня швидкість риби значно збільшується і що флуоресценція в мозку є більш інтенсивною. Ці два параметри характерні для судом: тоді ми маємо епілептичну рибу, в якій ми можемо легко вивчити багато факторів. (H)

Отже, можна вивчати епілепсію з дуже простими параметрами на багатьох особинах, тим самим даючи нашому супернику великий провід над пелотоном модельних організмів.

Золота медаль для «епілептичної» риби

І саме після цього дуже близького змагання ми вручаємо золоту медаль ... Даніо реріо !

(Модифікації Алексіса Харді та Вероніки Тейшейри)

Результати очікувались недовго: на початку 2017 року команді Скотта Барабана в Сан-Франциско вдалося з’ясувати корисні ефекти молекули Клемізол, яка вже застосовувалася для схуднення (за рахунок зменшення відчуття голоду), але цього разу як можливе лікування епілепсії. Ця команда також показала, що Клемізол також може зменшити частоту нападів у пацієнтів із синдромом Дравета, однією з багатьох форм дитячої епілепсії, що впливає на розвиток і з високим рівнем смертності (I) (10) .

Середня швидкість риби scn1Laa (епілептична риба) до впливу певних процедур (сині смуги) та після впливу (жовті смуги). Середня швидкість руху мутантів scn1Laa зменшується при лікуванні клемізолом (clem).

Щоб отримати ці результати, група дослідників випробувала Клемізол на мутованому типі даніо, мутантах scn1Laa, з епілептичними ознаками. Один із сприятливих ефектів цієї молекули спостерігався у нашого спортсмена Даніо реріо scn1Laa Однією з ознак нашої епілептичної риби є зниження середньої швидкості руху: пам’ятайте, збільшення цієї швидкості є однією з характеристик нашої епілептичної риби! (I)

І на цьому не зупиняється! Наш конкурент здобуває перемоги, оскільки в червні 2017 року в місті Нью-Тайбей на півночі Тайваню команда Яу-Хун Чен продемонструвала, що топірамат, протиепілептичний засіб, що застосовується у дорослих та дітей, може мати побічні ефекти. Зокрема, це впливає на формування яєць або оогенез у даніо та спричинює вади розвитку (кістки та хрящі) у новонароджених. Це лікування призначається пацієнтам з епілепсією для запобігання судом, оскільки воно запобігає поширенню електричного сигналу, що є джерелом судомного мозку. Але побічні ефекти слід враховувати при виділенні топімарату у людини: він протипоказаний при вагітності. Після поразки Росії Mus musculus у цій області через занадто велику мінливість у мишей, наш найкращий конкурент ще раз вирішив проблему, дозволивши виділити побічні ефекти топімарату! (J)

Хоча даніо довів нам, що це першочергове насіння, яке допомагає нам зрозуміти епілепсію, в даний час це один з найкращих кандидатів на перемогу в багатьох інших областях. Таким чином, існує багато інших змагань з неврології, таких як дослідження синдромів Альцгеймера або Паркінсона, які є такими ж олімпійськими! Наша рибка твердо вирішила прийняти виклик, який вони представляють, і виграти нові трофеї у цих дуже важливих областях.

Алексіс Харді, Кліо Далмаз та Вероніка Тейшейра.