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Studio: L'addestramento iniziale dello sviluppo e della rete delle cellule migliora la risposta

Quando si tratta della formazione dei circuiti neurali per assistenza tecnica del tessuto o le applicazioni biomediche, un nuovo studio suggerisce un parametro chiave: Preparile giovani.

Le tecniche per la formazione dei circuiti neurali costruiti comprendono solitamente prepararle dopo che le celle completamente hanno maturato.

Facendo uso dei neuroni sensibili alla luce derivati dalle cellule staminali del mouse, i ricercatori all'università dell'Illinois, Urbana-Champagne hanno trovato che formarle in tutto lo sviluppo delle cellule e la formazione iniziali della rete piombo ai miglioramenti durevoli nelle connessioni, nel responsivity e nell'espressione genica della rete neurale risultante. Hanno pubblicato i loro risultati nei rapporti scientifici del giornale.

È come un vecchio cane che impara i nuovi trucchi contro un giovane cucciolo. Quando stiamo preparando una rete, se la stimoliamo quando è ancora come un cucciolo, possiamo ottenere una migliore risposta all'addestramento che se fosse già maturo.„

Gelson Pagano-Diaz, autore di studio primi e dottorando, università dell'Illinois aUrbana-Champagne

L'addestramento neurale migliore ha molte applicazioni nella bioingegneria e nella medicina a ricupero. Per esempio, il gruppo dell'Illinois spera di utilizzare i circuiti neurali preparati per gestire il movimento ed il comportamento dei commputer miniatura dell'bio--ibrido.

I tipi di miglioramenti resi da addestramento iniziale hanno potuto dare i commputer e gira intorno a più funzionalità e danno ai ricercatori il controllo più preciso sopra quelle funzioni.

“Poichè avanziamo il campo dei commputer dell'edilizia con le celle viventi, potere stimolare e programmare le celle e le reti di un neurone con indicatore luminoso presto nel loro sviluppo potrebbe essere uno strumento importante in nostra repository di assistenza tecnica,„ ha detto la guida Rashid Bashir, un professore della bioingegneria e decano di studio della facoltà di ingegneria di Grainger all'Illinois.

“Ancora, questo lavoro ha potuto avere implicazioni per biologia dello sviluppo, medicina a ricupero e la ricerca del cervello.„

Per preparare i neuroni, i ricercatori usati hanno cronometrato gli impulsi di indicatore luminoso per stimolare le celle. I ricercatori hanno cominciato il regime di addestramento quando le celle erano presto nel loro sviluppo - cluster delle cellule staminali, chiamati organismi del embryoid, innescati per trasformarsi in in motoneuroni. Hanno continuato l'addestramento come le celle differenziate, trasformandosi in neuroni completamente maturi ed ancora continuate dopo il trasferimento delle celle alle lastre grosse per connettere e formare i circuiti neurali.

Poi hanno paragonato i circuiti preparati in anticipo a quelli coltivati in primo luogo ed hanno preparato più successivamente - il metodo usuale.

I ricercatori hanno veduto una serie di differenze fra i gruppi, Pagano-Diaz ha detto. Nei neuroni preparati durante lo sviluppo, hanno veduto più estensioni indicare le connessioni fra le celle, un aumento in pacchetti del neurotrasmettitore inviati fra le celle e di più hanno strutturato l'infornamento del nervo, indicante la maggior stabilità di rete. Gli effetti dell'addestramento iniziale erano duraturi, mentre le celle si sono preparate più successivamente teso ad avere risposte transitorie.

“Potete pensare ai neuroni che sono come gli atleti nell'addestramento,„ Pagano-Diaz ha detto. “Lo stimolo leggero era come un allenamento regolare per i neuroni - erano più forti e più atletiche ed hanno fatto i loro processi meglio.„

Per determinare la base di fondo per questi cambia, i ricercatori ha analizzato l'attività genetica dei neuroni. Hanno veduto un aumento nell'espressione genica per i geni relativi a scadenza della rete ed alla funzione neurale, indicanti che l'addestramento iniziale potrebbe permanentemente alterare le vie genetiche come le celle sviluppate, Bashir ha detto.

I ricercatori stanno continuando ad esplorare che generi di attività potrebbero essere migliorati o programmati da addestramento iniziale del neurone nella fase dell'organismo del embryoid. Gli organismi di Embryoid potrebbero essere componenti utili della particella elementare per i commputer biologici, Pagano-Diaz ha detto ed egualmente tiene la promessa per medicina a ricupero.

“Gli studi precedenti hanno indicato che gli organismi del embryoid con i motoneuroni impiantati nei mouse che erano stati danneggiati potrebbero migliorare la rigenerazione del tessuto,„ Pagano-Diaz hanno detto.

“Se possiamo migliorare o migliorare la funzionalità di questi organismi del embryoid prima del metterli in un modello ferito, quindi potremmo migliorare teoricamente il ripristino oltre che cosa è stato veduto con l'iniezione loro e poi la stimolazione loro più successivamente.„

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.