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In vivo sondes pour trouver des bornes d'inflammation chez l'homme et des animaux


Thought LeadersProf. Parastoo HashemiSenior Lecturer in Bioengineering, Imperial London College
Associate Professor of Chemistry, University of South Carolina

Dans cette entrevue, les sciences de la vie Nouvelles-Médicales parlent pour parer Hashemi au sujet de la recherche sur in vivo sondent pour trouver des bornes d'inflammation chez l'homme et les animaux qu'il présentera chez Pittcon.

Quelles sont quelques méthodes traditionnelles pour trouver des bornes d'inflammation chez l'homme et des animaux ?

Traditionnellement, un sang ou un échantillon de plasma sera prélevé. Il y a certaines protéines qui indiquent une inflammation ; par exemple, cytokines pro-inflammatoires. Si on élève les niveaux de ces derniers qui correspond à l'inflammation.

D'autres types de bornes comprennent l'histamine, qui est relativement simple pour mesurer dans le sang.

Comment décririez-vous l'évolution in vivo de la technologie, y compris des sondes, du passé au présent ? 

Les gens ont été intéressés pendant longtemps à des choses la mesure dans le cerveau, mais ils n'ont pas forcément eu les outils élevés de définition jusque récemment.

Dans des modèles animaux, vous pourriez extraire le cerveau ou les parties entier de lui et puis faire fonctionner une analyse générale aux niveaux des produits chimiques actuels. Les gens font toujours cela, mais les fonctionnements du cerveau sont très dynamiques, et il est très chimiquement complexe.

Les choses qui se produisent entre deux cellules dans le cerveau auront lieu dans une question des millisecondes, ainsi de déterminer le niveau général d'un produit chimique n'est pas toujours celle instructive. En revanche, nous voulons voir comment ce produit chimique change dans sa condition indigène et c'est bien un défi.

Cela a pris à des scientifiques un bien certain temps de développer les sondes qui étaient assez petites pour implanter dans le cerveau sans endommager ces liens très fins.

Ce tri de technologie microélectrique a été développé la première fois pendant les années 70 et le 80s et est ensuite devenu courant pendant les années 90 et le 2000s tôt pendant qu'on développait des plans électrochimiques plus rapides qui pourraient tirer profit d'une certaine propriété de quelques molécules.

Essentiellement, l'électrochimie concerne prendre et donner des électrons, puis obtenir un signe d'une molécule spécifique.

Récemment, les gens ont commencé à explorer les propriétés fluorescentes des molécules variées de sorte qu'ils puissent concevoir des ligands et introduire ces derniers dans le cerveau. Quand les attaches de ligand à une protéine d'intérêt, il brille par fluorescence, et les gens ont conçu les sondes qui mesurent la fluorescence de ce ligand. C'est une technique très polyvalente.

Pendant les dernières décennies, nous sommes allés de quelque chose tout à fait brute - regardant les niveaux généraux - à définir réellement la fonction cérébrale en temps réel.

Beaucoup de cette technologie est très petite ; vous pouvez la mettre dans les cerveaux des animaux et elle n'endommage aucun tissu. Les animaux peuvent montrer des comportements et vous pouvez essentiellement écouter clandestinement leur cerveau pendant qu'ils font ceci.

barrage hématoméningé

Utilisant des prises de sang pour le diagnostic de l'encéphalopathie est en raison problématique de la barrière hémato-encéphalique. Crédit d'image : decade3d - en ligne d'anatomie/Shutterstock.com

Est-ce que pouvez-vous vous décrire les techniques d'employer in vivo des sondes, et pourquoi êtes elles utile à la biomédecine ?

En diagnostiquant n'importe quel problème de santé, une des premières étapes est de prélever une prise de sang. C'est parfait pour beaucoup de maladies du fuselage, mais il ne tient pas compte de la barrière hémato-encéphalique.

La barrière hémato-encéphalique est une passerelle chimique stricte qui des contrôles ce qui va dans et hors du cerveau. À cause de cette barrière hémato-encéphalique, les niveaux des choses dans votre sang ne sont pas forcément identiques que les niveaux dans le cerveau. Ceci est composé par la nature dynamique des signes de cerveau.

Extrait le sang du fuselage ne nous indique pas que beaucoup à son sujet le cerveau, ainsi important pour développer les sondes appropriées particulièrement à cet effet. Dans des modèles animaux, il n'est pas facile, mais il est faisable.

Cependant, atteindre un esprit humain est une tâche beaucoup plus difficile. Développer les outils et effectuer ces plus petits, plus rapidement et plus reproductible chez les animaux est la première étape vers pouvoir vérifier ces problèmes de santé chez l'homme.

Une approche que nous avions travaillée en circuit dans mon laboratoire pose des questions et explore ces derniers utilisant des animaux, et puis déménage aux modèles humains humain.

Un exemple de cette approche concerne la technologie de cellule souche et deux et les organoids en trois dimensions de cellule souche. Nous pouvons produire un système in vitro, employons des sondes pour définir la chimie de ce système et pour la comparer à ce que nous avions précédemment vu chez les animaux.

C'est très puissant parce que nous pouvons employer cette approche pour modéliser les maladies et pour comprendre mieux des aspects sanitaires variés du cerveau.

The Evolution of In-Vivo Technology

_2 d'entrevue de Hashemi de parade d'AZoNetwork sur Vimeo.

Pourquoi avez-vous sélecté in vivo des sondes pour étudier les systèmes neurologiques, et de quels avantages spécifiques des sondes tirez-vous profit dans votre recherche ?

J'ai un double intérêt - je suis intéressé par la technologie en tant qu'un pharmacien et technicien. Je suis également intéressé à l'essai de mesurer les choses il est difficile mesurer que, et le cerveau est certainement difficile de mesurer des choses dedans.

Sur le plan personnel, le cerveau me fascine. Nous avons dépensé des milliards de dollars en recherche de cerveau, mais c'est toujours un organe très énigmatique, et nous ne connaissons pas autant à son sujet comme nous voudrons.

Les troubles neurologiques et, en particulier, les troubles psychiatriques, sont les inducteurs intéressants. Beaucoup de gens ne connaissent pas ceci, mais la dépression est le plus grand problème de santé au monde. Environ 300 millions de personnes sont diagnostiqués avec la dépression mondiale.

Pour mettre ce numéro dans le contexte, 100 millions de personnes sont diagnostiqués avec le cancer du genre, ainsi tandis que nous pensons le cancer est tout à fait courant, dépression est au moins trois fois plus courant. Si nous pensons au stigmate et au tabou qui entoure la dépression, le numéro pourrait réellement être beaucoup plus élevé que celui.

Les gens disent que le goujon-COVID ceci va devenir beaucoup plus mauvais. Il n'y a aucun test chimique pour la maladie psychiatrique - vous ne pouvez pas employer une prise de sang, pour les raisons pour laquelle j'ai cité précédemment - il incombe au patient pour décrire leurs sympt40mes.

Les patients sont notoirement mauvais à faire cela, ainsi il incombe au docteur ou au praticien de santé pour baser leur diagnostic sur l'information d'un patient - il n'y a aucun outil de diagnostic pour ceci.

Des traitements actuels sont prescrits à un numéro des gens phénoménal, mais la voie qu'ils fonctionnent ou même s'ils fonctionnent sont sous l'examen minutieux parce que nous n'avons aucune voie d'évaluer ceci ou de regarder des voies de les améliorer.

Cette association de facteurs m'a incité à penser à employer notre technologie pour poser quelques questions principales sur ces choses. Ces maladies psychiatriques sont très compliquées, ainsi il est impossible de couvrir l'éventail entier de ce qui continue, mais nous pourrions commencer par quelque chose simple.

Nous avons dit, « choisissons une molécule que nous pensons est important dans la dépression ou les maladies psychiatriques et mesurons-la. » C'est un exploit réel en soi, mais une fois que vous faites cela et vous pouvez effectuer une mesure, vous pouvez commencer à poser des questions plus compliquées.

Par exemple ; Comment est-ce que c'impliqué est dans cette maladie psychiatrique ? Comment a ceci impliqué dans la dépression ? Que ce médicament fait-il ? Comment pouvons-nous rendre ce médicament meilleur ?

Nous employons la technologie fondamentale de bureau d'études et de produit chimique pour prendre des mesures et pour répondre très à une importante question. Elle est passionnante et provocante, et beaucoup de différents aspects l'entrent dans, mais je ne l'aurais pas aucune autre voie.  

L'inflammation est une réaction immunitaire quand un système biologique d'être humain ou d'animal lutte contre les agents nuisibles et essaye de se guérir. Qu'effectue à inflammation un objectif particulièrement utile pour la recherche biomédicale ?

L'inflammation est un thème d'actualité et nous nous rendons compte que l'inflammation souligne beaucoup de problèmes de santé, s'inflammation d'intestin, tout tri de la réaction allergique ou une maladie chronique. L'inflammation est essentiellement une condition couvrante pour une réaction immunitaire.

Les gens dans mon domaine reçoivent que là où il y a dépression, là est inflammation, et où il y a d'inflammation, là est dépression - ils sont comorbid.

Nous avons récent entrepris une expérience que nous sommes sur le point de publier. Nous avons pris une souris et nous induits une inflammation localisée dans le fuselage de la souris. C'est un paradigme qui concerne une molécule LPs appelé - lipopolysaccharide - la protéine trouvée dans la membrane extérieure des bacilles gram négatifs.

Dès que cette protéine entrera dans le fuselage, il y a une réaction immunitaire intense et aiguë, mais comme molécule, elle est trop grande lointain à obtenir par la barrière hémato-encéphalique.

Nous avons donné ceci aux souris, et alors nous avons mesuré leur chimie de cerveau. En quelques minutes, la chimie du cerveau a changé en réponse à cette infection ou réaction immunitaire. C'est réellement fascinant parce que les gens avec des maladies continuelles aiment la dépression d'expérience de diabète, d'obésité ou de cancer à beaucoup de niveau supérieur que le grand public.

Pendant longtemps, les gens l'avaient mis vers le bas au fait qu'il est baissant pour avoir une maladie chronique, psychologiquement, mais je pense que nous nous rendons compte que ce n'est pas simplement une réaction psychologique à avoir une maladie chronique - il y a une raison physiologique derrière elle.

Le même principe s'applique à l'inflammation d'intestin. Il y a un domaine d'études énorme qui regarde le lien d'intestin-cerveau, fonctionnant avec les gens qui ont la dépression et regarder leurs bactéries d'intestin pour comprendre mieux ce qu'est ce lien.

Pour des maladies psychiatriques, nous commençons juste à apprécier le rôle du système immunitaire et combien important c'est en réglant nos modes et nos capacités cognitives.

bactéries d

Un domaine d'étude neuf examine le lien d'intestin-cerveau et comment des bactéries d'intestin peuvent être branchées aux troubles psychiatriques. Crédit d'image : Image d'anatomie/Shutterstock.com

Pouvez-vous décrire votre recherche sur in vivo sonde-t-vous pour trouver des bornes d'inflammation chez l'homme et les animaux que vous présentez chez Pittcon ?

Nous avons découvert que l'inflammation exerce un effet sur le cerveau et que si vous remarquez l'inflammation, les niveaux de sérotonine dans le cerveau sont réduits - quelque chose longtemps liée à la dépression. Nous n'avons pas été étonnés que nous avons vu des niveaux de sérotonine descendre, mais d'autre part nous avons commencé à demander pourquoi.

Pour aider à répondre à cette question, nous nous sommes concentrés sur un autre messager - histamine. L'histamine est un messager très intense de l'inflammation dans le fuselage, couramment lié aux allergies.

Nous savons nous pouvons mesurer l'histamine, et nous savons également qu'il y a d'histamine dans le cerveau, mais nous ne connaissons pas beaucoup au sujet de ce qu'il fait là.

Nous sommes devenus intéressés par l'histamine parce qu'il est important dans l'inflammation dans le fuselage, mais également parce que les neurones de sérotonine dans le cerveau ont des récepteurs d'histamine sur eux, et ce système des récepteurs est inhibiteur. Si l'histamine dans le cerveau était d'augmenter à cause de la voie ces neurotransmetteurs interactives, alors la sérotonine diminuerait.

Nous avons développé la technologie neuve pour mesurer l'histamine dans le cerveau ; nous l'avons défini et l'avons caractérisé en détail, explorant comment il est réglé, avons relâché et re-uptaken.

Ensuite, nous inflammation induite pour examiner le comodulation de la sérotonine et de l'histamine. Nous avons présumé que pendant l'inflammation, les niveaux d'histamine dans le cerveau montent et forcent la sérotonine vers le bas.

Plutôt que visant la sérotonine pharmacologiquement, nous avions visé l'histamine, et nous avons eu réellement des résultats bien meilleurs en termes d'obtenir des niveaux de sérotonine de nouveau à la normale en manageant l'histamine plutôt que la sérotonine elle-même.

Comment les bornes la mesure d'inflammation comme des neurotransmetteurs formant des idées est-elle de la santé ?

Je pense que nous avons maintenant une bonne compréhension de ce qui se produit dans le cerveau, dans des modèles animaux pendant l'inflammation.

Ensuite, nous voulons explorer ceci utilisant les modèles humains ou humains humain. Mon rêve serait de pouvoir obtenir un certain tri de borne accessible du fuselage et employer ceci pour développer un diagnostic chimique de ce qui continue dans le cerveau.

Il y a beaucoup de bornes d'inflammation en fuselage et beaucoup de molécules de signalisation qui sont impliquées dans le système immunitaire.

Nos cellules immunitaires signalent avec de l'histamine, ainsi regarder ces derniers et l'essai de les caractériser peuvent être une opération vers trouver ce miroir dans le fuselage qui nous indique au sujet du cerveau, et puis améliorent le diagnostic et améliorent concevoir des stratégies de demande de règlement.

histamine

illustration 3D d'un mastocyte relâchant l'histamine, une molécule principale de signalisation, une borne d'inflammation. Crédit d'image : Kateryna Kon/Shutterstock.com

Comment votre travail s'applique-t-il à la compréhension actuelle du cerveau et le neurodegeneration, tension, et toxines ?

Neurodegeneration est un inducteur grand, et les différentes maladies neurodegenerative sont définies par différents phénotypes. Ce qu'elles toutes ont en commun est une comorbidité élevée de dépression.

Elles ont également un aspect d'inflammation à elles et nous pensons que la dépression qui est à la base du neurodegeneration pourrait réellement être une conséquence de l'inflammation.

Un autre aspect de composition est que certains des traitements pharmaceutiques pour le neurodegeneration viseront nuisiblement la sérotonine ou l'histamine. Nous n'avons pas connu ceci jusque très à récent, mais ceci lient entre le phénotype du neurodegeneration, l'inflammation et les médicaments variés est à facettes multiples.

Pouvez-vous donner de l'analyse dans vos approches de laboratoire pour concevoir et concevoir des microdevices analytiques nouveaux pour mesurer des messagers comme des neurotransmetteurs ?

Nous faisons beaucoup de différentes choses, ainsi nous employons différentes techniques et différents principes. Dans mon laboratoire, nous avons des neurologistes, des pharmaciens et des techniciens. Nous avons également des gens avec les milieux mathématiques et théoriques.

Nous travaillons en collaboration, s'engageant dans la communauté plus grande avec des cliniciens, des neurologistes, des physiologistes, des mathématiciens et des statisticiens. Nous devons rassembler beaucoup de différentes disciplines pour répondre au genre de questions que nous posons.

Quand nous décidons nous voulons développer un outil pour mesurer une neurotransmetteur particulière, nous commençons par concevoir différentes électrodes ou différentes sondes. Nous concevons l'outil, l'effectuons et commençons par le caractériser dans un becher, hors du cerveau. Ensuite, nous le mettons dans le cerveau et notons les différentes éditions qui sont soulevées.

Le procédé est itératif, tellement en ce point, nous retournera à la planche à dessin, remodèlera l'outil et le rendra plus petit et/ou plus rapidement. Nous pourrions devoir le modifier pour lui donner plus de sélectivité. Nous devons également développer des systèmes d'analyse d'étalonnage, de traitement et de caractéristiques pour nous dire exactement ce que signifie ce signe.

La partie finale de ce travail concerne augmenter nos capacités à d'autres molécules. J'ai parlé de la sérotonine et de l'histamine dans mon laboratoire, mais nous sommes intéressés par d'autres aussi.

Interpréter correctement des caractéristiques de nos sondes exige un ensemble différent de qualifications. Nous travaillons avec les neurologistes brillants qui savent des récepteurs, ainsi une fois que nous avons le signe, nous pouvons dire, « regarder, ce signe - nous avons fait ceci, et il est monté, puis nous n'avons pas fait, et il est descendu. Ce qui vous pensent ils signifient ? »

Ils nous aident à préparer les hypothèses, que nous pouvons revenir et évaluer.

En conclusion, quand nous avons une hypothèse et une caractéristique appropriée, nous travaillerons avec les mathématiciens pour commencer à effectuer les modèles qui décrivent dimensionnellement ces procédés. Nous pouvons alimenter ces modèles avec plus d'expériences, et les modèles peuvent nous indiquer si ou non nous devons faire plus d'expériences. De nouveau, c'est un traitement itératif.

Nous travaillons également avec des créateurs de médicament. Nous leur fournissons des informations sur ce que nous avons trouvé et ce que nous pensons les besoins de se produire, et ils conçoivent des médicaments basés sur ceci. Nous employons ces médicaments pour voir si nous pouvons développer de meilleurs antidépresseurs.

Nous travaillons même avec les cliniciens humains pour atteindre des choses dans le fuselage qui nous indiquera au sujet du cerveau. De façon générale, nous allons du bureau d'études et de la chimie très fondamentaux par le spectre entier à la pratique clinique humaine.

Des neurotransmetteurs telles que la sérotonine, la dopamine, et l'histamine sont jointes avec l'humeur et les émotions et sont ainsi indispensables de se concentrer sur en étudiant la dépression. Que d'autres demandes de biomarqueurs et sonde-t-elles vous aiment-elles voir dans les années à venir ?

J'aimerais commencer à employer des sondes dans l'intestin pour explorer le lien d'intestin-cerveau dont je parlais.

Il y a un nerf qui branche le cerveau et l'intestin, et les gens pensent qu'il est serotonergic en nature. Il serait fascinant pour étudier ce lien parce que je pense que nous faisons réagir un lien très clair entre nos pensées et émotions et la voie nos fuselages à eux.

Les bactéries dans notre intestin peuvent piloter notre comportement davantage que nous lui avons jamais donné le crédit pour. Par exemple, quand nous implorons un certain aliment, nous ne savons pas s'il est nous l'implorant, ou si les bactéries dans notre intestin l'implore parce qu'elles ont leur propre condition nutritionnelle.

Les gens mettent également des sondes dans toutes sortes de places intéressantes, comme les ganglions lymphatiques, les reins et les artères. Les possibilités sont sans fin.

neurotransmetteurs

Des neurotransmetteurs telles que la sérotonine, la dopamine, et l'histamine sont jointes avec l'humeur et les émotions. Crédit d'image : KateStudio/Shutterstock.com

Que le contrat à terme retient-il pour vous et votre recherche dans le bureau d'études neural ?

Mes cinq au régime de dix ans est de commencer à pousser en avant avec la diagnose chimique pour la dépression. Je pense qu'il est temps - nous sommes dans une mauvaise place avec le nombre de diagnostics de dépression, et il va devenir plus mauvais.

Nous avons besoin d'une bonne, robuste voie de diagnostiquer la dépression et d'examiner les médicaments neufs. Nous avons besoin également d'une bonne, robuste voie de traiter des gens à un niveau personnel et individualiste parce que chacun inflammation est différent.

Nous effectuons des frites, nous effectuons des dispositifs, nous prenons différents types de cellules du fuselage et demandons-nous, « pouvez-vous être trouvé dans le cerveau ? Pouvez-vous nous fournir des informations sur le cerveau ? Et si oui, pouvons nous vous employons pour examiner des médicaments ? »

Notre objectif ultime est de développer une plate-forme conviviale que nous pouvons rendre procurable aux médecins et aux praticiens de santé de sorte qu'ils aient pu l'employer eux-mêmes.

Quelle influence les événements comme Pittcon ont-ils sur la publicité et le sens de votre recherche ?

Pittcon est un forum brillant. C'est notre conférence préférée, et nous obtenons beaucoup d'exposition hors de elle parce que tant de différents types de gens avec différents intérêts sont de service. Puisque nous jetons un pont sur des disciplines multiples, nous obtenons d'agir l'un sur l'autre avec des acteurs clé dans inducteurs variés.

Il est bon de voir que mes stagiaires présentent des exposés, et je présente habituellement quelques exposés aussi. Il est également grand de voir ce qui se produit sur le tranchant de la chimie analytique et voit ce que les gens font dans le cerveau avec différentes techniques. Nous avons fait sortir tant de collaborations et de relations de longue date assistant à Pittcon.

Pittcon 2022 sera virtuel et sera différent cette année. Queest-ce que l'importance de rester immobile liée à d'autres chercheurs et participants est même en ligne ?

Les choses ont ralenti, mais nous avions toujours fait la recherche et nous avons toujours travail neuf et passionnant pour partager. Nous nous sommes habitués se voir une fois par an, partager des idées et travailler aux collaborations, ainsi je pense qu'il est important que nous continuions à faire ceci, même si il est dans un format virtuel.

J'attends avec intérêt réellement lui parce que ce sont les gens que je n'ai pas vus pendant longtemps. Je pense juste d'un point de vue psychologique. Il sera grand de voir leurs faces, de les entendre parler de leur travail, et de récupérer de la normalité. Quand mars obtient, il est temps de Pittcon ; venez la pluie et le beau temps. Je pense que c'est une bonne chose.

Citations

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    Pittcon. (2021, November 03). In vivo sondes pour trouver des bornes d'inflammation chez l'homme et des animaux. News-Medical. Retrieved on January 23, 2022 from https://www.news-medical.net/news/20210224/In-Vivo-Probes-for-Detecting-Inflammation-Markers-in-Humans-and-Animals.aspx.

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