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In vivo sonde per la rilevazione degli indicatori di infiammazione in esseri umani ed in animali


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

In questa intervista, i colloqui Notizia-Medici di scienze biologiche alla risposta elusiva Hashemi circa la ricerca su in vivo sondano per la rilevazione degli indicatori di infiammazione in esseri umani ed in animali che presenterà a Pittcon.

Che cosa sono alcuni metodi tradizionali per la rilevazione degli indicatori di infiammazione in esseri umani ed in animali?

Tradizionalmente, un sangue o un campione del plasma sarà prelevato. Ci sono determinate proteine che indicano un'infiammazione; per esempio, citochine pro-infiammatorie. Se i livelli di questi sono sollevati che corrisponde ad infiammazione.

Altri tipi di indicatori includono l'istamina, che è relativamente semplice misurare nel sangue.

Come descrivereste l'evoluzione in vivo della tecnologia, compreso le sonde, a partire dall'esperienza al presente? 

La gente si è interessata a lungo a cose la misurazione nel cervello, ma necessariamente non hanno avute alti strumenti della definizione fino ad oggi.

Nei modelli animali, potreste estrarre l'intero cervello o parti e poi eseguire un'analisi generale ai livelli di prodotti chimici presenti. La gente ancora fa quella, ma le funzioni del cervello sono molto dinamiche ed è molto chimicamente complesso.

Le cose che accadono fra due celle nel cervello avranno luogo all'interno di un aspetto dei millisecondi, in modo da di determinazione del livello globale di prodotto chimico non è sempre quella informativa. Piuttosto, vogliamo vedere come quel prodotto chimico sta cambiando nel suo stato indigeno e quella è abbastanza una sfida.

Ha richiesto a scienziati un abbastanza certo tempo sviluppare le sonde che erano abbastanza piccole impiantare nel cervello senza danneggiare queste connessioni molto fini.

Questo ordinamento della tecnologia microelettrica in primo luogo è stato sviluppato negli anni 70 e nel 80s e poi è diventato comune negli anni 90 ed in primi anni '2000 mentre gli schemi elettrochimici più veloci sono stati sviluppati che potrebbero approfittare di determinati beni di alcune molecole.

Essenzialmente, l'elettrochimica comprende catturare e dare gli elettroni, poi ottenenti un segnale da una molecola specifica.

Recentemente, la gente ha cominciato esplorare le proprietà fluorescenti di varie molecole in moda da poterle costruire i leganti e presentare essi questi nel cervello. Quando i attaches del legante ad una proteina di interesse, è flourescenti e la gente ha progettato le sonde che misurano la fluorescenza di quel legante. Ciò è una tecnica molto versatile.

Nel corso degli ultimi decenni, siamo andato da qualcosa abbastanza grezzo - esaminando i livelli globali - realmente a definire la funzione del cervello in tempo reale.

Molta questa tecnologia è molto piccola; potete metterlo nei cervelli degli animali e non danneggia alcuni tessuti. Gli animali possono esibire i comportamenti e potete essenzialmente ascoltare di nascosto sul loro cervello mentre stanno facendo questo.

barriera ematomeningea

Facendo uso dei campioni di sangue per la diagnosi della malattia di cervello è problematico dovuto la barriera ematomeningea. Credito di immagine: decade3d - online/Shutterstock.com di anatomia

Potete descrivere le tecniche di usando in vivo le sonde e perché siete essi utile alla biomedicina?

Nel diagnosticare tutta l'emissione di salubrità, uno dei primi punti è di prelevare un campione di sangue. Ciò è benissimo per molte malattie dell'organismo, ma non considera la barriera ematomeningea.

La barriera ematomeningea è un gateway chimico rigoroso che comandi che cosa va dentro e fuori del cervello. A causa di questa barriera ematomeningea, i livelli di cose nel vostro sangue non sono necessariamente gli stessi dei livelli nel cervello. Ciò è composta dalla natura dinamica dei segnali del cervello.

Sta estraendo il sangue dall'organismo ci non dice che molto a questo proposito il cervello, in modo da importante da sviluppare le sonde appropriate specificamente a questo fine. Nei modelli animali, non è facile, ma è fattibile.

Tuttavia, accedere ad un cervello umano è un molto più compito difficile. Sviluppare gli strumenti e fare questi più piccoli, più velocemente e più riproducibile in animali sono il primo punto verso potere studiare queste emissioni di salubrità in esseri umani.

Un approccio che stiamo lavorando sopra nel mio laboratorio sta facendo le domande e sta esplorando questi facendo uso degli animali e poi sta muovendosi verso i modelli del tipo di umana.

Un esempio di questo approccio comprende la tecnologia della cellula staminale e due e organoids tridimensionali della cellula staminale. Possiamo creare un sistema in vitro, usiamo le sonde per definire la chimica di quel sistema e per confrontarlo a cui precedentemente avevamo veduto in animali.

Ciò è molto potente perché possiamo usare questo approccio alle malattie di modello e capire meglio i vari aspetti di salubrità del cervello.

The Evolution of In-Vivo Technology

_2 di intervista di Hashemi di risposta elusiva da AZoNetwork su Vimeo.

Perché avete selezionato in vivo le sonde per lo studio dei sistemi neurologici e che vantaggi specifici delle sonde approfittate nella vostra ricerca?

Ho un interesse doppio - sono interessato nella tecnologia come sia un chimico che ingegnere. Egualmente sono interessato alla prova di misurare le cose che sono difficili da misurare ed il cervello è certamente difficile da misurare le cose dentro.

A livello personale, il cervello mi affascina. Abbiamo speso miliardi di dollari sulla ricerca del cervello, ma è ancora un organo molto enigmatico e non conosciamo tanto poichè gradiremmo.

I disordini neurologici e, in particolare, i disordini psichiatrici, sono campi interessanti. Molta gente non conosce questa, ma la depressione è la più grande emissione di salubrità nel mondo. Intorno 300 milione di persone sono diagnosticati con la depressione mondiale.

Per mettere quel numero nel contesto, 100 milione di persone sono diagnosticati con cancro affatto del genere, in modo da mentre pensiamo il cancro è abbastanza comune, la depressione è almeno tre volte più comune. Se pensiamo al marchio di infamia ed al tabù che circonda la depressione, il numero potrebbe realmente essere molto superiore a quello.

La gente sta dicendo che post--COVID questa sta andando ottenere molto peggiore. Non c'è prova chimica per la malattia psichiatrica - non potete usare un campione di sangue, per le ragioni per cui ho citato più presto - dipende dal paziente per descrivere i loro sintomi.

I pazienti sono notoriamente cattivi a fare quello, in modo da dipende dal medico o dal professionista di sanità per basare la loro diagnosi su informazioni da un paziente - non c'è strumento diagnostico per questo.

Le terapie correnti sono prescritte ad un numero fenomenale della gente, ma il modo che funzionano o persino se funzionano che sono nell'ambito dell'esame accurato perché non abbiamo alcun modo valutare questo o esaminare i modi migliorarli.

Questa combinazione di fattori mi ha spinto a pensare a usando la nostra tecnologia per fare alcune domande fondamentali riguardo a queste cose. Queste malattie psichiatriche sono molto complicate, in modo da è impossible da coprire l'intera gamma di che cosa sta accendendo, ma potremmo cominciare con qualche cosa di semplice.

Abbiamo detto, “scegliamo una molecola che pensiamo siamo importanti nella depressione o nelle malattie psichiatriche e misuriamola.„ Quella è un'abilità reale in sé, ma una volta che fate quello e potete effettuare una misura, potete cominciare fare le domande complicate.

Per esempio; Come è questo in questione in questa malattia psichiatrica? Come ha questo in questione nella depressione? Che cosa questa droga sta facendo? Come possiamo rendere questa droga migliore?

Stiamo usando la tecnologia di base del prodotto chimico e di assistenza tecnica per catturare le misure e rispondere ad una domanda molto grande. È emozionante e provocatoria e molti aspetti differenti la entrano, ma non la avrei qualunque altro modo.  

L'infiammazione è una risposta immunitaria quando un sistema biologico dell'animale o dell'essere umano sta combattendo contro gli agenti nocivi e sta tentando di guarirsi. Che cosa rende ad infiammazione un obiettivo specificamente utile per la ricerca biomedica?

L'infiammazione è un tema di attualità e stiamo rend contoere che l'infiammazione sottolinea molte emissioni di salubrità, se infiammazione dell'intestino, qualsiasi ordinamento di reazione allergica o una malattia cronica. L'infiammazione è essenzialmente un termine generale per una risposta immunitaria.

La gente nel mio campo accetta che dove c'è la depressione, là sia infiammazione e dove c'è infiammazione, là è la depressione - sono comorbid.

Recentemente abbiamo eseguito un esperimento che ci accingiamo a pubblichiamo. Abbiamo catturato un mouse ed abbiamo indotto un'infiammazione localizzata nell'organismo del mouse. È un paradigma che comprende una molecola chiamata LPs - lipopolysaccharide - la proteina trovata nella membrana esterna dei batteri gram-negativi.

Non appena questa proteina entra nell'organismo, c'è una forte, reazione immune acuta, ma come molecola, è troppo grande lontano per passare attraverso la barriera ematomeningea.

Abbiamo dato questo ai mouse e poi abbiamo misurato la loro chimica del cervello. In pochi minuti, la chimica del cervello è cambiato in risposta a questa infezione o reazione immune. Ciò è realmente affascinante perché la gente con le malattie croniche gradisce la depressione di esperienza del diabete, dell'obesità o del cancro ad una tariffa molto più alta che il grande pubblico.

A lungo, la gente la aveva messa giù al fatto che è deprimente avere una malattia cronica, psicologicamente, ma penso che stiamo rend contoere che non è appena una reazione psicologica ad avere una malattia cronica - c'è una ragione fisiologica dietro.

Lo stesso principio si applica ad infiammazione dell'intestino. C'è un campo di studio enorme che sta esaminando la connessione del intestino-cervello, lavorante con la gente che ha la depressione ed esame dei loro batteri dell'intestino per capire meglio che cosa quella connessione è.

Per le malattie psichiatriche, stiamo cominciando appena apprezzare il ruolo del sistema immunitario e quanto importante questo è nel gestire i nostri atteggiamenti e le nostre abilità conoscitive.

batteri dell

Un nuovo settore sta esaminando la connessione del intestino-cervello e come i batteri dell'intestino possono essere connessi ai disordini psichiatrici. Credito di immagine: Immagine/Shutterstock.com di anatomia

Potete descrivere la vostra ricerca su in vivo sondate per la rilevazione degli indicatori di infiammazione in esseri umani ed in animali che state presentando a Pittcon?

Abbiamo scoperto che l'infiammazione ha un effetto sul cervello e che se state avvertendo l'infiammazione, i livelli della serotonina nel cervello sono diminuiti - qualcosa lungamente connesso con la depressione. Non siamo stati sorpresi che abbiamo veduto i livelli della serotonina andare giù, ma d'altra parte abbiamo cominciato a chiedere perché.

Per contribuire a rispondere a questo problema, abbiamo messo a fuoco su un altro messaggero - istamina. L'istamina è un messaggero molto forte di infiammazione nell'organismo, connesso comunemente con le allergie.

Sappiamo possiamo misurare l'istamina ed egualmente sappiamo che c'è istamina nel cervello, ma non conosciamo molto circa cui sta facendo là.

Siamo stato interessati in istamina perché è importante nell'infiammazione nell'organismo, ma anche perché i neuroni della serotonina nel cervello hanno ricevitori dell'istamina loro e questo sistema dei ricevitori è inibitorio. Se l'istamina nel cervello fosse di aumentare a causa del modo questi neurotrasmettitori interattivi, quindi la serotonina diminuirebbe.

Abbiamo sviluppato la nuova tecnologia per misurare l'istamina nel cervello; lo abbiamo definito e lo abbiamo caratterizzato nei minimi particolari, esplorando come è controllato, abbiamo rilasciato e ri--uptaken.

Dopo, abbiamo indotto l'infiammazione per esaminare il comodulation di serotonina e di istamina. Abbiamo supposto che durante l'infiammazione, i livelli dell'istamina nel cervello andassero su e forzassero la serotonina giù.

Piuttosto che mirando alla serotonina farmacologicamente, stiamo mirando all'istamina e realmente abbiamo avuti risultati molto migliori in termini di ottenere i livelli della serotonina di nuovo al normale gestendo l'istamina piuttosto che la serotonina stessa.

Come è indicatori misurare di infiammazione come i neurotrasmettitori che modellano le idee di salubrità?

Penso che ora abbiamo una buona comprensione di che cosa sta accadendo nel cervello, nei modelli animali durante l'infiammazione.

Dopo, vogliamo esplorare questo facendo uso dei modelli umani o del tipo di umana. Il mio sogno sarebbe di potere ottenere un certo ordinamento dell'indicatore accessibile dall'organismo ed usare questo per sviluppare una diagnosi chimica di che cosa sta continuando nel cervello.

Ci sono molti indicatori di infiammazione in organismo e molte molecole di segnalazione che sono compresi nel sistema immunitario.

Le nostre celle immuni segnalano con istamina, in modo da esaminare questi e provare a caratterizzarle possono essere un punto verso l'individuazione del quello specchio nell'organismo che ci dice circa il cervello e poi migliorano la diagnostica e migliorano la progettazione delle strategie del trattamento.

istamina

illustrazione 3D di un mastocita che rilascia istamina, una molecola chiave di segnalazione, un indicatore di infiammazione. Credito di immagine: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Come il vostro lavoro si applica alla comprensione corrente del cervello e il neurodegeneration, sforzo e tossine?

Neurodegeneration è un vasto campo e le malattie neurodegenerative differenti sono definite dai fenotipi differenti. Tutte che cosa in comune è un alto comorbidity della depressione.

Egualmente hanno un aspetto di infiammazione a loro e pensiamo che la depressione che è alla base del neurodegeneration potrebbe realmente essere una conseguenza dell'infiammazione.

Un altro aspetto di composto è che alcune delle terapie farmaceutiche per il neurodegeneration mireranno nocivo alla serotonina o all'istamina. Non abbiamo conosciuto questo fino a molto recentemente, ma questo collega fra il fenotipo del neurodegeneration, l'infiammazione e le varie droghe è complesse.

Potete dare una certa comprensione nei vostri approcci del laboratorio per la progettazione e l'organizzazione dei microdevices analitici novelli per misurare i messaggeri come i neurotrasmettitori?

Stiamo facendo molte cose differenti, in modo da stiamo usando le tecniche differenti ed i principi differenti. Nel mio laboratorio, abbiamo i neuroscenziati, i chimici ed ingegneri. Egualmente abbiamo gente con gli ambiti di provenienza matematici e teorici.

Lavoriamo in collaborazione, impegnandoci nella più vasta comunità con i clinici, i neuroscenziati, i fisiologi, i matematici e gli statistici. Dobbiamo riunire molte discipline differenti per rispondere al genere di domande che stiamo facendo.

Quando decidiamo vogliamo sviluppare uno strumento per misurare un neurotrasmettitore particolare, cominciamo progettando gli elettrodi differenti o le sonde differenti. Progettiamo lo strumento, lo facciamo e cominciamo caratterizzandolo in un becher, dal cervello. Dopo, lo mettiamo nel cervello e notiamo le emissioni differenti che vengono su.

Il trattamento è iterativo, così a questo punto, noi ritornerà a tavolo da disegno, riprogetterà lo strumento e lo renderà più piccolo e/o più velocemente. Potremmo dovere modificarlo per dargli più selettività. Anche dobbiamo mettere a punto i sistemi dell'analisi di calibratura, di trattamento e di dati esattamente per dirci che cosa quel segnale significa.

La parte definitiva di questo lavoro comprende ampliare le nostre capacità ad altre molecole. Ho parlato della serotonina e dell'istamina nel mio laboratorio, ma siamo interessati in altri anche.

Correttamente interpretare i dati dalle nostre sonde richiede un insieme differente delle abilità. Lavoriamo con i neuroscenziati brillanti che sanno circa i ricevitori, in modo da una volta che abbiamo il segnale, possiamo dire, “osservare, questo segnale - abbiamo fatto questo ed è andato su, quindi non abbiamo fatto ed è andato giù. Che cosa voi pensano significano?„

Ci aiutano a formulare le ipotesi, che possiamo ritornare e verificare.

Per concludere, quando abbiamo un'ipotesi ed i dati appropriati, lavoreremo con i matematici per cominciare fare i modelli che descrivono dimensionale questi trattamenti. Possiamo alimentare questi modelli con più esperimenti ed i modelli possono dirci indipendentemente da fatto che dobbiamo fare più esperimenti. Di nuovo, questo è un trattamento iterativo.

Egualmente lavoriamo con i progettisti della droga. Forniamo loro le informazioni su cui abbiamo trovato e su cui pensiamo le necessità di accadere e progettano le droghe basate su questa. Usiamo quelle droghe per vedere se possiamo sviluppare i migliori antideprimente.

Anche lavoriamo con i clinici umani per accedere alle cose nell'organismo che ci dirà circa il cervello. In generale, andiamo da assistenza tecnica e da chimica molto di base con l'intero spettro a pratica clinica umana.

I neurotrasmettitori quali serotonina, dopamina ed istamina sono collegati con l'umore e le emozioni e sono così vitali da mettere a fuoco su quando studia la depressione. Che cosa altre domande di biomarcatori e sonda voi gradiscono vedere nei prossimi anni?

Amerei cominciare utilizzare le sonde nell'intestino per esplorare la connessione del intestino-cervello di che stavo parlando.

C'è un nervo che connette il cervello e l'intestino e la gente pensa che sia serotonergic in natura. Sarebbe affascinante studiare quella connessione perché penso che facessimo una connessione molto chiara fra i nostri pensieri ed emozioni e reagire il modo i nostri organismi a loro.

I batteri nel nostro intestino possono determinare il nostro comportamento di più di mai gli abbiamo dato il credito per. Per esempio, quando abbiamo bisogno un determinato alimento, non conosciamo se è noi che lo abbiamo bisogno, o se i batteri nel nostro intestino sta avendolo bisogno perché hanno loro proprio fabbisogno alimentare.

La gente egualmente sta mettendo le sonde in tutte le specie di posti interessanti, come i linfonodi, i reni e le arterie. Le possibilità sono senza fine.

neurotrasmettitori

I neurotrasmettitori quali serotonina, dopamina ed istamina sono collegati con l'umore e le emozioni. Credito di immagine: KateStudio/Shutterstock.com

Che cosa il futuro tiene per voi e la vostra ricerca nell'assistenza tecnica neurale?

I miei cinque alla pianificazione di dieci anni sono di cominciare spingere avanti con i sistemi diagnostici chimici per la depressione. Penso che sia del tempo noi sia in un cattivo posto con il numero delle diagnosi della depressione e sta andando peggiorare.

Abbiamo bisogno di buon, modo robusto diagnosticare la depressione e schermare le nuove droghe. Egualmente abbiamo bisogno di buon, modo robusto di cura della gente ad un livello personale e individualistico perché ognuno infiammazione è differente.

Stiamo facendo i chip, noi stiamo facendo le unità, noi stiamo catturando i tipi differenti di celle dall'organismo e stiamo chiedendo, “potete essere trovato nel cervello? Potete fornirci le informazioni sul cervello? Ed in caso affermativo, possiamo vi usiamo per schermare le droghe?„

Il nostro scopo finale è di sviluppare una piattaforma facile da usare che possiamo mettere a disposizione di medici e dei professionisti di sanità in modo che abbiano potuto usarla stesse.

Che influenza gli eventi come Pittcon hanno sulla pubblicità e sulla direzione della vostra ricerca?

Pittcon è un forum brillante. È la nostra conferenza preferita ed otteniamo molta esposizione da perché tanti tipi differenti di gente con differenti interessi sono a disposizione. Poiché gettiamo un ponte sulle discipline multiple, otteniamo di interagire con gli attori chiave in vari campi.

È buono da vedere che i miei studenti presentano gli esposti e presento solitamente una coppia di esposti anche. È egualmente grande da vedere che cosa sta accadendo sull'avanguardia di chimica analitica e sta vedendo che cosa la gente sta facendo nel cervello con differenti tecniche. Abbiamo fatti tante uscire da collaborazioni e relazioni di lunga durata assistendo a Pittcon.

Pittcon 2022 sarà virtuale e sarà differente questo anno. Che cosa è l'importanza di restare tranquillo relativa ad altri ricercatori e membri anche online?

Le cose hanno rallentato, ma ancora stiamo effettuando la ricerca ed ancora abbiamo nuovo e lavoro emozionante dividere. Abbiamo abituato vederci una volta all'anno, la divisione delle idee e lavorare alle collaborazioni, in modo da penso che sia importante che continuiamo a fare questo, anche se è in un formato virtuale.

Realmente sto guardando in avanti a perché queste sono la gente che non ho veduto a lungo. Penso appena da una prospettiva psicologica. Sarà grande da vedere le loro fronti di taglio, da sentire parlare del loro lavoro e da ottenere una certa normalità indietro. Quando marzo arriva, è tempo di Pittcon; prossimo con pioggia o sole. Penso che sia una buona cosa.

Citations

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    Pittcon. (2021, November 03). In vivo sonde per la rilevazione degli indicatori di infiammazione in esseri umani ed in animali. 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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