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Como os baixos níveis de oxigênio danificam o cérebro?

Thought LeadersProfessor Paul Tesar
Kevin Allan
Tesar Laboratory

Nesta entrevista, o professor Paul Tesar e Kevin Allan fala a Notícia-Médico sobre como o baixo oxigênio nivela dano o cérebro e como, com pesquisa mais adicional, nós poderíamos ajudar a desenvolver terapias eficazes para tratar as doenças neurológicas causadas por baixos níveis do oxigênio.

Que provocou sua pesquisa no cérebro? Por que é compreender o mecanismo atrás da função do cérebro tão importante para a investigação científica?

Nosso corpo é uma máquina complexa que exija todas suas peças sincronizar correctamente e se comunicar. O cérebro actua como um super-computador que mantenha activamente quase todos os sistemas do órgão ao simultaneamente nos dar o presente de perceber nosso ambiente.

A potência incrível de nosso cérebro empresta-se para ser vulnerável às doenças numerosas, que roubam indivíduos afetados das capacidades que nós tomamos frequentemente para conceder-da memória e a cognição a mover um braço ou um pé. A complexidade e a fragilidade imensas de nossos cérebros deixam muitas perguntas sobre a função do cérebro não respondidas oferecendo uma oportunidade para pesquisar e descobrir tratamentos para pacientes.

Nossos corpos são equipados com as populações da célula estaminal para ajudar com a resposta a ferimento e para ajudar tecidos danificados regenerado. Os estudos de laboratório de Tesar um tipo específico de célula estaminal do cérebro que é exigida fazer o myelin, um revestimento protector em torno dos neurônios que seja exigido para a saúde apropriada do cérebro. Este myelin é danificado nas doenças numerosas tais como a esclerose múltipla e a paralisia cerebral, que conduzem a uma multidão de sintomas debilitantes.

Em particular, estas pilhas deprodução são altamente suscetíveis a dano do ponto baixo oxigênio-ou da hipóxia. Aprender como estas pilhas respondem ao baixo oxigênio fornece a introspecção nova em doenças neurológicas inumeráveis.

Cérebro

Crédito de imagem: PopTika/Shutterstock.com

Pode você descrever porque o oxigênio é crítico para o corpo e especialmente para a função do cérebro?

Quando o oxigênio incorporou a atmosfera, havia uma explosão simultânea da vida complexa porque o oxigênio poderia ser usado para a produção energética necessário para sustentar funções avançadas da vida. Sem oxigênio, nossas pilhas são incapazes de produzir a energia exigida para sobreviver e morrer subseqüentemente.

O cérebro é o órgão o mais metabòlica de exigência no corpo e é pensado para utilizar 20% do oxigênio do corpo. Conseqüentemente, é sem surpresa que o cérebro é um dos órgãos que são os mais suscetíveis a oxigênio limitado.

Que causam baixos níveis do oxigênio no cérebro, e o que doenças neurológicas poderia a hipóxia prolongada causar?

O baixo oxigênio, ou a hipóxia, podem danificar o cérebro em doenças numerosas. Curso, que ocorre quando a circulação sanguínea ao cérebro for obstruída, é uma causa de morte principal e de inabilidade nos Estados Unidos. A lesão cerebral Neonatal pode ocorrer quando um infante é nascido prematuramente, que ocorra quase 1 de cada 10 infantes carregados nos Estados Unidos.

Os infantes prematuros abrigam freqüentemente os pulmões imaturos e o vasculature do cérebro que conduz à entrega deficiente do oxigênio ao cérebro tornando-se, finalmente conduzindo para viajar de automóvel e aos deficits cognitivos. Os sintomas respiratórios da aflição, como visto em pacientes com COVID-19 severo, podem igualmente reduzir níveis do oxigênio no cérebro e resultado nos danos cerebrais. Compreender como os neurónios respondem ao baixo oxigênio informa a terapêutica futura visada minimizando o dano ou a facilitação da recuperação.

COVID-19

Crédito de imagem: GÊMEOS PRO STUDIO/Shutterstock.com

Que são factores hipóxia-inducible (HIFs) e como eles trabalham em resposta aos baixos níveis do oxigênio?

Dado a exigência difundida para o oxigênio para a viabilidade da pilha, todos os metazoans evoluíram um mecanismo similar para responder ràpida ao baixo oxigênio com a acumulação de proteínas chamadas factores hipóxia-inducible (HIFs). Estes que respondes do baixo-oxigênio estão sendo feitos constantemente em todas as pilhas no corpo; contudo, na presença do oxigênio, todas as pilhas degradam ràpida estas proteínas.

Na hipóxia ou em condições limitadas do oxigênio, este caminho da degradação é fechado e HIFs pode acumular e activam programas conservados para aumentar a sobrevivência e alcançá-la ao oxigênio. A elegância deste mecanismo era o foco do prémio nobel 2019, concedido a Bill Kaelin, a Gregg Semeza, e a Peter Ratcliffe.

As proteínas de HIF podem ser pensadas como dos primeiros que respondes poderosos que apressam-se ao salvamento da pilha para tentar manter todo o tempo possível a pilha viva no contexto do baixo oxigênio. Contudo, igualmente sabe-se que a hipóxia é finalmente prejudicial à função da pilha. Como estes que respondes do baixo-oxigênio, de que são provavelmente protectores em todas as pilhas, termine pilhas acima de danificação era desconhecido.

Em sua pesquisa mais atrasada, você estudou como estas proteínas do que responde funcionam. Pode você descrever como você realizou esta pesquisa?

No laboratório de Tesar, nós abrimos caminho aproximações novas para crescer células estaminais do cérebro no laboratório em uma escala e em uma pureza altas. Usando estas tecnologias, nós podíamos estudar como as proteínas de HIF danificam células estaminais no cérebro.

Nós usamos a tecnologia de CRISPR para projectar células estaminais do cérebro com um que responde crônica ativado HIF1a chamado proteína da hipóxia. Este modelo celular poderoso espelhou a resposta ao baixo oxigênio e exibiu a funcionalidade danificada.

Que você descobriu?

Ao comparar como nossas células estaminais de cérebro respondem a HIFs com outros tecidos, nós encontramos que todos os tipos do tecido tiveram os mesmos caminhos conservados upregulated para adaptar a pilha ao oxigênio, mas o que era surpreendente era que todos os tecidos tiveram uma segunda resposta que fosse dependente da identidade do tecido. Ou seja além do que uma resposta conservada compartilhada, as células estaminais de cérebro e as pilhas do coração pareceram ao upregulate sua própria segunda resposta cérebro-específica e coração-específica.

Era bastante surpreendente a nós que esta resposta antiga e conservada ao baixo oxigênio pôde ter efeitos divergentes em tipos diferentes da pilha. Nós demonstramos em seguida que era a segunda resposta tecido-específica que danificou a função da célula estaminal do cérebro. Isto era profundo. São não somente as pilhas capazes da resposta em maneiras diferentes ao baixo oxigênio - baseado em sua identidade, mas nesta resposta tecido-específica é igualmente capaz de danificar a função da pilha.

Crédito de imagem: https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(20)30494-X#secsectitle0015

Como sua pesquisa ajudará a desenvolver as terapias eficazes futuras para as doenças neurológicas causadas pelo baixo oxigênio?

Nós executamos uma tela da droga para descobrir os compostos potenciais que poderiam restaurar a função da célula estaminal do cérebro do dano incorrido pelo baixo oxigênio. Nós descobrimos uma classe de compostos que nós podíamos salvar a função celular sem impactar a actividade benéfica destes baixos que respondes do oxigênio.

Ou seja estes compostos podiam salvar a função da pilha especificamente visando a baixa resposta prejudicial do oxigênio. Isto fez-nos realizar que poderia ser possível ao reframe que projeta a terapêutica para as doenças causadas pelo baixo oxigênio procurando a terapêutica que visam a resposta prejudicial tecido-específica de HIF ao poupar a função conservada benéfica de HIF.

Estes que respondes do baixo-oxigênio jogam um papel dichotomous como o herói e o bandido, que destaca uma necessidade de dar forma ao projecto da droga para visar a resposta prejudicial.

Você acredita que se as terapias eficazes são desenvolvidas, nós podemos ajudar a combater dano de tecido causado pela hipóxia?

Capitalizar em encontrar drogas para empurrar células estaminais no cérebro para regenerar áreas danificadas oferece a capacidade para combater dano de tecido da hipóxia.

Nosso trabalho demonstra que é crítico compreender como o tipo específico da pilha é impactado pela hipóxia para o projecto terapêutico racional. Com este conhecimento novo, descobrir as drogas que podem visar dano celular específico ao deixar funções benéficas de HIF intactos maximiza a probabilidade de restaurar a função do tecido.

Hipóxia

Crédito de imagem: Vitalii Vodolazskyi/Shutterstock.com

Que são os passos seguintes em sua pesquisa?

Nosso trabalho destaca um lado escuro previamente desconhecido à resposta da hipóxia nas pilhas. Isto abre a porta a uma fronteira nova na biologia da hipóxia centrada sobre os programas tecido-específicos ativados por HIF. Nós estamos tentando actualmente compreender se estes programas tecido-específicos da hipóxia estão envolvidos unicamente na doença ou se puderam jogar um papel na revelação normal dando forma à resposta celular aos inclinações do oxigênio que estam presente enquanto os tecidos e os órgãos formam.

Finalmente, nós gostaríamos de identificar as drogas novas que impedem o lado deletério da resposta da hipóxia e promovem a regeneração do cérebro.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Sobre o professor Paul Tesar

Paul Tesar recebeu seu bacharelato da universidade ocidental da reserva do caso (CWRU) e foi sobre ganhar seu DPhil da universidade de Oxford como um receptor de uma bolsa de estudos prestigiosa dos institutos de saúde nacionais. Seus estudos graduados forneceram uma SHIFT do paradigma em como nós compreendemos e utilizamos células estaminais para a pesquisa e a medicina para que ganhou os elogios numerosos, incluindo a medalha de Beddington da sociedade britânica para a biologia desenvolvente e do Harold M. Weintraub Concessão do centro de investigação do cancro de Fred Hutchinson.Professor Paul Tesar

Paul é actualmente um professor no Dr. Donald e professor de Ruth Weber Goodman da terapêutica inovativa na Faculdade de Medicina de CWRU no departamento da genética e das ciências do genoma. Seu laboratório abriu caminho aproximações regenerativas novas para tratar desordens do myelin do sistema nervoso central que inclui a esclerose múltipla, o optica do neuromyelitis, leukodystrophies pediatras, a paralisia cerebral, e o cancro cerebral.

As realizações científicas de Paul foram reconhecidas com diversas concessões prestigiosas que incluem a nomeação um investigador de Robertson da fundação da célula estaminal de New York em 2011, a sociedade internacional para a concessão nova proeminente do investigador da pesquisa da célula estaminal em 2015, e a fundação da haste de New York - prêmio da célula estaminal de Robertson em 2017. Em 2019, Paul foi reconhecido como um do negócio' “quarenta do Cleveland de Crain sob 40" e nomeou “um herói caseiro” na pesquisa académico por Cleveland.com.

Paul igualmente co-fundou uma empresa de biotecnologia Cleveland-baseada, terapêutica de Convelo, partnered agora com Genentech, para avançar terapias novas do laboratório no teste clínico para melhorar as vidas dos pacientes e das suas famílias.

Sobre Kevin Allan

Kevin Allan é de Boston, Massachusetts, e recebeu seu bacharelato na neurociência da universidade de Rochester. Está actualmente em seu ano final de escola como uma parte do programa de formação do cientista médico na universidade ocidental da reserva do caso.

Kevin juntou-se ao laboratório de Tesar em 2016 para capitalizar em seus interesses na neurociência e na medicina regenerativa. A utilização genomic e as aproximações das produto-genéticas, o trabalho de Kevin exploram reguladores novos da revelação do myelin no sistema nervoso central na saúde e na doença.Kevin Allan

Um aspecto do trabalho de Kevin explica como o baixo oxigênio danifica as pilhas responsáveis para a formação do myelin no sistema nervoso central, que tem implicações para doenças numerosas tais como a paralisia cerebral e o curso. Este trabalho foi financiado por uma concessão do serviço de pesquisa de Ruth L. Kirschstein Nacional do instituto de saúdes infanteis nacional e da revelação humana e foi reconhecido com concessões.

Fora do laboratório, Kevin desempenha serviços no comitê novo do investigador da sociedade americana para o Neurochemistry e organiza eventos científicos do outreach para a comunidade maior de Cleveland.

Emily Henderson

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Emily Henderson

Emily Henderson graduated with a 2:1 in Forensic Science from Keele University and then completed a PGCE in Chemistry. Emily particularly enjoyed discovering new ideas and theories surrounding the human body and decomposition. In her spare time, Emily enjoys watching crime documentaries and reading books. She also loves the outdoors, enjoying long walks and discovering new places. Emily aims to travel and see more of the world, gaining new experiences and trying new cultures. She has always wanted to visit Australia and Indonesia.

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    Henderson, Emily. (2020, November 06). Como os baixos níveis de oxigênio danificam o cérebro?. News-Medical. Retrieved on November 27, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20201106/Why-low-oxygen-damages-the-brain.aspx.

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