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Étude : La formation tôt du développement et du réseau de cellules améliore la réaction

Quand il s'agit de former les circuits neuraux pour le bureau d'études de tissu ou les applications biomédicales, une étude neuve propose un paramètre principal : Formez-les jeunes.

Les techniques pour former les circuits neuraux conçus concernent habituellement la formation de eux après que les cellules aient entièrement mûri.

Utilisant les neurones sensibles à la lumière dérivés des cellules souche de souris, les chercheurs à l'Université de l'Illinois, Urbana-Champagne ont constaté que la formation de elles dans tout le développement de cellules et la formation tôt de réseau a mené aux améliorations durables des liens, du responsivity et de l'expression du gène du réseau neuronal donnant droit. Ils publiés leurs résultats dans les états scientifiques de tourillon.

Il est comme un vieux crabot apprenant des tours neufs contre un jeune chiot. Quand nous formons un réseau, si nous le stimulons quand il est toujours comme un chiot, nous pouvons obtenir une meilleure réaction à la formation que si elle étaient déjà mature. »

Gelson Païen-Diaz, auteur d'étude premiers et étudiant de troisième cycle, Université de l'Illinois au l'Urbana-Champagne

La formation neurale améliorée a beaucoup d'applications en bio-ingénierie et médicament régénérateur. Par exemple, l'équipe de l'Illinois espère utiliser les circuits neuraux qualifiés pour régler le mouvement et le comportement des machines miniatures de bio-hybride.

Les types d'améliorations fournies par la formation tôt ont pu donner les machines et circuitent plus de fonctionnalité et donnent aux chercheurs un contrôle plus précis de ces fonctionnements.

« Car nous avançons l'inducteur des machines de construction avec les cellules vivantes, pouvoir stimuler et programmer les cellules et les réseaux neuronaux avec la lumière tôt dans leur développement pourrait être un outil important dans notre dépôt de bureau d'études, » a dit le Chef Rashid Bashir, un professeur de la bio-ingénierie et doyen d'étude de l'université de l'ingéniérie de Grainger chez l'Illinois.

« En outre, ce travail a pu avoir des implications pour la biologie du développement, le médicament régénérateur et la recherche de cerveau. »

Pour former les neurones, les chercheurs utilisés ont calé des pouls de la lumière pour stimuler les cellules. Les chercheurs ont commencé le régime de formation quand les cellules étaient tôt dans leur développement - boîtiers des cellules souche, fuselages appelés d'embryoid, amorcés pour devenir des neurones moteurs. Ils prolongés la formation comme les cellules différenciées, devenant neurones entièrement matures, et davantage de prolongé il après transfert des cellules aux plaques pour brancher et former les circuits neuraux.

Ils alors comparés les premiers circuits qualifiés avec ceux ont cultivé d'abord et ont formé plus tard - la méthode habituelle.

Les chercheurs ont vu un certain nombre de différences entre les groupes, Païen-Diaz a dit. Dans les neurones qualifiés pendant le développement, ils ont vu plus d'extensions indiquer les liens entre les cellules, une augmentation en envois de neurotransmetteur envoyés entre les cellules, et davantage ont structuré l'allumage de nerf, indiquant une stabilité de réseau plus grande. Les effets de la formation tôt étaient durables, alors que les cellules se sont exercées plus tard tendu à avoir des réactions passagères.

« Vous pouvez penser aux neurones étant comme des athlètes dans la formation, » Païen-Diaz a dit. « La stimulation légère était comme un exercice régulier pour les neurones - ils étaient plus intenses et plus sportifs, et ont réalisé leurs fonctions mieux. »

Pour déterminer la base fondamentale pour ces derniers change, les chercheurs a analysé l'activité génétique des neurones. Ils ont vu une augmentation d'expression du gène pour des gènes liés à la maturité de réseau et au fonctionnement neural, indiquant que la formation tôt pourrait avoir de manière permanente modifié des voies génétiques comme les cellules développées, Bashir disait.

Les chercheurs continuent à explorer quels genres d'activités pourraient être améliorés ou programmés par la formation tôt de neurone pendant la phase de fuselage d'embryoid. Les fuselages d'Embryoid pourraient être les composantes modulaires utiles pour les machines biologiques, Païen-Diaz a dit, et retient également la promesse pour le médicament régénérateur.

« Les études précédentes ont montré que les fuselages d'embryoid avec des neurones moteurs implantés dans les souris qui avaient été blessées pourraient améliorer la régénération du tissu, » Païen-Diaz ont dit.

« Si nous pouvons nous améliorer ou améliorer la fonctionnalité de ces fuselages d'embryoid avant de les mettre dans un modèle blessé, puis théoriquement nous pourrions améliorer la guérison au delà de ce qui a été vu avec les injecter et les stimuler alors plus tard. »

Source:
Journal reference:

Pagan-Diaz, G. J., et al. (2020) Modulating electrophysiology of motor neural networks via optogenetic stimulation during neurogenesis and synaptogenesis. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-020-68988-y.