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In vivo pontas de prova para detectar marcadores da inflamação nos seres humanos e nos animais


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

Nesta entrevista, as ciências da vida Notícia-Médicas falam ao desvio Hashemi sobre a pesquisa sobre in vivo sondam detectando marcadores da inflamação nos seres humanos e nos animais que apresentará em Pittcon.

Que são alguns métodos tradicionais para detectar marcadores da inflamação nos seres humanos e nos animais?

Tradicional, um sangue ou uma amostra do plasma serão tomados. Há determinadas proteínas que indicam uma inflamação; por exemplo, cytokines pro-inflamatórios. Se os níveis destes são levantados que corresponde à inflamação.

Outros tipos de marcadores incluem a histamina, que é relativamente simples medir no sangue.

Como você descreveria a evolução in vivo da tecnologia, incluindo pontas de prova, do passado ao presente? 

Os povos têm sido interessados em coisas a medição no cérebro por muito tempo, mas não tiveram necessariamente ferramentas altas da definição até recentemente.

Nos modelos animais, você poderia extrair o cérebro ou as partes inteiras dele e então executar uma análise geral nos níveis de produtos químicos actuais. Os povos ainda fazem aquele, mas as funções do cérebro são muito dinâmicas, e é muito quimicamente complexo.

As coisas que acontecem entre duas pilhas no cérebro ocorrerão dentro de uma matéria dos milissegundos, assim que de determinar o nível total de um produto químico não são sempre aquela informativa. Um pouco, nós queremos ver como esse produto químico está mudando em seu estado nativo e aquele é bastante um desafio.

Tomou a cientistas bastante algum tempo para desenvolver as pontas de prova que eram pequenas bastante implantar no cérebro sem danificar estas conexões muito finas.

Esta tecnologia microelectric foi desenvolvida meio primeiramente nos anos 70 e no 80s e tornou-se então comum nos anos 90 e no 2000s adiantado enquanto uns esquemas eletroquímicos mais rápidos foram desenvolvidos que poderiam se aproveitar de uma determinada propriedade de algumas moléculas.

Essencialmente, a electroquímica envolve tomar e dar os elétrons, obtendo então um sinal de uma molécula específica.

Recentemente, os povos começaram explorar as propriedades fluorescentes de várias moléculas de modo que pudessem projectar ligantes e introduzir estes no cérebro. Quando os diplomatas da ligante a uma proteína do interesse, ele brilham, e os povos projectaram as pontas de prova que medem a fluorescência dessa ligante. Esta é uma técnica muito versátil.

Sobre o passado poucas décadas, nós fomos de algo bastante bruto - olhando níveis totais - realmente a definir a função do cérebro no tempo real.

Muita esta tecnologia é muito pequena; você pode pô-la nos cérebros dos animais e não danifica nenhuns tecidos. Os animais podem exibir comportamentos e você pode essencialmente bisbilhotar em seu cérebro enquanto estão fazendo este.

barreira do cérebro do sangue

Usar amostras de sangue para o diagnóstico da doença de cérebro é problemático devido à barreira do sangue-cérebro. Crédito de imagem: decade3d - em linha da anatomia/Shutterstock.com

Pode você descrever as técnicas de usar in vivo pontas de prova, e porque é elas útil à biomedicina?

Ao diagnosticar todo o problema de saúde, uma das primeiras etapas é tomar uma amostra de sangue. Isto é muito bem para muitas doenças do corpo, mas não leva em consideração a barreira do sangue-cérebro.

A barreira do sangue-cérebro é um Gateway químico restrito que controles o que vai dentro e fora do cérebro. Devido a esta barreira do sangue-cérebro, os níveis de coisas em seu sangue não são necessariamente os mesmos que os níveis no cérebro. Isto é combinado pela natureza dinâmica de sinais do cérebro.

Está extraindo o sangue do corpo não nos diz que muito sobre o cérebro, assim que ele importante desenvolver especificamente com esta finalidade pontas de prova apropriadas. Nos modelos animais, não é fácil, mas é doable.

Contudo, alcançar um cérebro humano é muito mais tarefa dificil. Desenvolver as ferramentas e fazer estes menores, mais rapidamente e mais reprodutível nos animais são a primeira etapa para poder investigar estes problemas de saúde nos seres humanos.

Uma aproximação que nós temos trabalhado sobre em meu laboratório está fazendo perguntas e está explorando estes animais de utilização, e está movendo-se então para humano-como modelos.

Um exemplo desta aproximação envolve a tecnologia da célula estaminal e os dois e organoids tridimensionais da célula estaminal. Nós podemos criar in vitro um sistema, usamos pontas de prova para definir a química desse sistema e para compará-la ao que nós tínhamos visto previamente nos animais.

Isto é muito poderoso porque nós podemos usar esta aproximação para modelar doenças e para compreender melhor vários aspectos de saúde do cérebro.

The Evolution of In-Vivo Technology

_2 da entrevista de Hashemi do desvio de AZoNetwork em Vimeo.

Por que você seleccionou in vivo pontas de prova estudando sistemas neurológicos, e que benefícios específicos das pontas de prova você aproveita-se em sua pesquisa?

Eu tenho um interesse duplo - eu estou interessado na tecnologia como um químico e um coordenador. Eu sou interessado igualmente na tentativa medir as coisas que são difíceis de medir, e o cérebro é certamente difícil medir dentro coisas.

A nível pessoal, o cérebro fascina-me. Nós gastamos biliões de dólares na pesquisa do cérebro, mas é ainda um órgão muito enigmático, e nós não conhecemos tanto quanto sobre ele porque nós gostaríamos.

As desordens neurológicas e, em particular, as desordens psiquiátricas, são campos interessantes. Muitos povos não conhecem este, mas a depressão é o problema de saúde o mais grande no mundo. Ao redor 300 milhões de pessoas são diagnosticados com a depressão mundial.

Para pôr esse número no contexto, 100 milhões de pessoas são diagnosticados com cancro do tipo, assim que quando nós pensarmos o cancro é bastante comum, depressão é pelo menos três vezes mais comum. Se nós pensamos sobre o estigma e o tabu que cerca a depressão, o número poderia realmente ser muito mais alto do que aquele.

Os povos estão dizendo que o cargo-COVID isto está indo obter muito mais ruim. Não há nenhum teste químico para a doença psiquiátrica - você não pode usar uma amostra de sangue, para as razões que eu mencionei mais cedo - ele incumbe o paciente para descrever seus sintomas.

Os pacientes são notòria ruins em fazer isso, assim que incumbe o doutor ou o médico dos cuidados médicos para basear seu diagnóstico na informação de um paciente - não há nenhuma ferramenta diagnóstica para esta.

As terapias actuais são prescritas a um número de pessoas fenomenal, mas a maneira que trabalham ou mesmo se trabalham estão sob o exame minucioso porque nós não temos nenhuma maneira de avaliar isto ou olhar maneiras das melhorar.

Esta combinação de factores alertou-me pensar sobre a utilização de nossa tecnologia para fazer algumas perguntas fundamentais sobre estas coisas. Estas doenças psiquiátricas são muito complicadas, assim que é impossível cobrir o espectro inteiro do que está acontecendo, mas nós poderíamos começar com o algo simples.

Nós dissemos, “deixe-nos escolher uma molécula que nós pensemos sejamos importantes na depressão ou em doenças psiquiátricas e medi-la.” Aquele é um repto real em si mesmo, mas uma vez que você faz aquele e você pode fazer uma medida, você pode começar fazer perguntas mais complicadas.

Por exemplo; Como está isto envolvido nesta doença psiquiátrica? Como tem isto envolvido na depressão? Que esta droga está fazendo? Como podemos nós fazer esta droga melhor?

Nós estamos usando a tecnologia básica da engenharia e do produto químico para tomar medidas e responder a uma pergunta muito grande. É emocionante e desafiante, e muitos aspectos diferentes entram-na, mas eu não a teria nenhuma outra maneira.  

A inflamação é uma resposta imune quando um sistema biológico do ser humano ou do animal está lutando contra agentes prejudiciais e está tentando se curar. Que faz a inflamação um alvo especificamente útil para a pesquisa biomedicável?

A inflamação é um assunto actual e nós estamos realizando que a inflamação sublinha muitos problemas de saúde, se inflamação do intestino, alguma meio reacção alérgica ou uma doença crônica. A inflamação é essencialmente um termo geral para uma resposta imune.

Os povos em meu campo aceitam que onde há uma depressão, lá está uma inflamação, e onde há uma inflamação, lá está uma depressão - são comorbid.

Nós conduzimos recentemente uma experiência que nós estamos a ponto de publicar. Nós tomamos um rato e nós induzimos uma inflamação localizada no corpo do rato. É um paradigma que envolva uma molécula chamada LPs - lipopolysaccharide - a proteína encontrada na membrana exterior das bactérias relvado-negativas.

Assim que esta proteína incorporar o corpo, há uma reacção imune forte, aguda, mas como uma molécula, é demasiado grande distante a obter através da barreira do sangue-cérebro.

Nós demos este aos ratos, e então nós medimos sua química do cérebro. Dentro de minutos, a química do cérebro mudou em resposta a esta infecção ou reacção imune. Isto é realmente fascinante porque os povos com doenças crônicas gostam da depressão da experiência do diabetes, da obesidade ou do cancro em uma taxa muito mais alta do que o público geral.

Por muito tempo, os povos tinham-no posto para baixo ao facto que está comprimindo para ter uma doença crônica, psicològica, mas eu penso que nós estamos realizando que não é apenas uma reacção psicológica a ter uma doença crônica - há uma razão fisiológico atrás dela.

O mesmo princípio aplica-se à inflamação do intestino. Há um campo de estudo enorme que está olhando a conexão do intestino-cérebro, trabalhando com povos que têm a depressão e a vista de suas bactérias do intestino para compreender melhor o que essa conexão é.

Para doenças psiquiátricas, nós apenas estamos começando apreciar o papel do sistema imunitário e como importante este consiste em controlar nossos humores e nossas capacidades cognitivas.

bactérias do intestino

Uma área de estudo nova está olhando na conexão do intestino-cérebro e como as bactérias do intestino podem ser conectadas às desordens psiquiátricas. Crédito de imagem: Imagem da anatomia/Shutterstock.com

Pode você descrever sua pesquisa sobre in vivo sonda detectando marcadores da inflamação nos seres humanos e nos animais que você está apresentando em Pittcon?

Nós descobrimos que a inflamação tem um efeito no cérebro e que se você está experimentando a inflamação, os níveis da serotonina no cérebro estão reduzidos - algo associado por muito tempo com a depressão. Nós não fomos surpreendidos que nós vimos níveis da serotonina ir para baixo, mas por outro lado nós começamos a perguntar por que.

Para ajudar a responder a esta pergunta, nós focalizamos em um outro mensageiro - histamina. A histamina é um mensageiro muito forte da inflamação no corpo, associado geralmente com as alergias.

Nós sabemos nós podemos medir a histamina, e nós igualmente sabemos que há histamina no cérebro, mas nós não conhecemos muito sobre o que está fazendo lá.

Nós tornamo-nos interessados na histamina porque é importante na inflamação no corpo, mas igualmente porque os neurônios da serotonina no cérebro têm os receptors da histamina neles, e este sistema de receptors é inibitório. Se a histamina no cérebro era aumentar devido à maneira estes neurotransmissor interactivos, a seguir a serotonina diminuiria.

Nós desenvolvemos a nova tecnologia para medir a histamina no cérebro; nós definimo-lo e caracterizamo-lo em grande detalhe, explorando como é controlado, liberamo-nos e re-uptaken.

Em seguida, nós induzimos a inflamação para examinar o comodulation da serotonina e da histamina. Nós supor que durante a inflamação, os níveis da histamina no cérebro vão acima e forçam a serotonina para baixo.

Um pouco do que visando a serotonina farmacològica, nós temos visado a histamina, e nós tivemos realmente resultados muito melhores em termos de obter níveis da serotonina de volta ao normal controlando a histamina um pouco do que a serotonina própria.

Como é marcadores medir da inflamação como os neurotransmissor que dão forma a ideias da saúde?

Eu penso que nós temos agora uma boa compreensão do que esteja acontecendo no cérebro, nos modelos animais durante a inflamação.

Em seguida, nós queremos explorar este ser humano de utilização ou humano-como modelos. Meu sonho seria poder obter meio algum marcador acessível do corpo e usar isto para desenvolver um diagnóstico químico do que está indo sobre no cérebro.

Há muitos marcadores da inflamação no corpo e em muitas moléculas da sinalização que são envolvidos no sistema imunitário.

Nossas pilhas imunes sinalizam com histamina, assim que olhar estes e tentá-los caracterizá-los podem ser uma etapa para encontrar esse espelho no corpo que nos diz sobre o cérebro, e então melhoram o diagnóstico e melhoram o projecto de estratégias do tratamento.

histamina

ilustração 3D de uma pilha de mastro que libera a histamina, uma molécula chave da sinalização, um marcador da inflamação. Crédito de imagem: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Como seu trabalho se aplica à compreensão actual do cérebro e o neurodegeneration, esforço, e toxinas?

Neurodegeneration é um campo largo, e as doenças neurodegenerative diferentes são definidas por fenótipos diferentes. O que toda tem na terra comum é um comorbidity alto da depressão.

Igualmente têm-lhe um aspecto da inflamação e nós pensamos que a depressão que é a base do neurodegeneration pôde realmente ser uma conseqüência da inflamação.

Um outro aspecto de composição é que algumas das terapias farmacêuticas para o neurodegeneration visarão prejudicial a serotonina ou a histamina. Nós não conhecemos este até muito recentemente, mas este liga entre o fenótipo do neurodegeneration, a inflamação e as várias drogas são diferenciadas.

Pode você dar alguma introspecção em suas aproximações do laboratório para projetar e projetar microdevices analíticos novos medir mensageiros como neurotransmissor?

Nós estamos fazendo muitas coisas diferentes, assim que nós estamos usando técnicas diferentes e princípios diferentes. Em meu laboratório, nós temos neurocientistas, químicos e coordenadores. Nós igualmente temos povos com fundos matemáticos e teóricos.

Nós trabalhamos colaboradora, contratando na comunidade mais larga com clínicos, neurocientistas, fisiologistas, matemáticos e estatísticos. Nós temos que reunir muitas disciplinas diferentes para responder ao tipo das perguntas que nós estamos fazendo.

Quando nós decidimos nós queremos desenvolver uma ferramenta para medir um neurotransmissor particular, nós começamos projetando os eléctrodos diferentes ou pontas de prova diferentes. Nós projectamos a ferramenta, fazemo-la e começamo-la caracterizando a em uma taça, fora do cérebro. Em seguida, nós pomo-lo no cérebro e notamo-los as edições diferentes que vêm acima.

O processo é iterativo, tão neste momento, nós irá para trás à mesa de projecto, remodelará a ferramenta e fá-la-á menor e/ou mais rapidamente. Nós pudemos ter que alterá-lo para dar-lhe mais selectividade. Nós igualmente temos que desenvolver sistemas de análise da calibração, do processamento e de dados para dizer-nos exactamente o que esse sinal significa.

A parte final deste trabalho envolve expandir nossas capacidades a outras moléculas. Eu falei sobre a serotonina e a histamina em meu laboratório, mas nós estamos interessados em outro demasiado.

Correctamente interpretar dados de nossas pontas de prova exige um grupo diferente de habilidades. Nós trabalhamos com neurocientistas brilhantes que sabem sobre os receptors, assim que uma vez que nós temos o sinal, nós podemos dizer, “para olhar, neste sinal - nós fizemos este, e foi acima, a seguir nós não fizemos, e foi para baixo. O que você pensam significam?”

Ajudam-nos a formular as hipóteses, que nós podemos voltar e testar.

Finalmente, quando nós temos uma hipótese e uns dados apropriados, nós trabalharemos com os matemáticos para começar fazer os modelos que descrevem dimensional estes processos. Nós podemos alimentar estes modelos com mais experiências, e os modelos podem dizer-nos mesmo se nós temos que fazer mais experiências. Além disso, este é um processo iterativo.

Nós igualmente trabalhamos com desenhistas da droga. Nós damos-lhes a informação sobre o que nós encontramos e o que nós pensamos necessidades de acontecer, e projectam as drogas baseadas nesta. Nós usamos aquelas drogas para ver se nós podemos desenvolver melhores antidepressivos.

Nós trabalhamos mesmo com clínicos humanos para alcançar coisas no corpo que nos dirá sobre o cérebro. Totais, nós vamos da engenharia e da química muito básicas com o espectro inteiro à prática clínica humana.

Os neurotransmissor tais como a serotonina, a dopamina, e a histamina são ligados com o humor e as emoções e são assim vitais de focalizar em ao estudar a depressão. Que outros pedidos para biomarkers e sondam você gostam de considerar nos próximos anos?

Eu amaria começar usar pontas de prova no intestino para explorar a conexão do intestino-cérebro que eu estava falando sobre.

Há um nervo que conecte o cérebro e o intestino, e os povos pensam que é serotonergic na natureza. Seria fascinante estudar essa conexão porque eu penso que nós mandamos uma conexão muito clara entre nossos pensamentos e emoções e a maneira nossos corpos lhes reagir.

As bactérias em nosso intestino podem conduzir nosso comportamento mais do que nós lhe demos nunca o crédito para. Por exemplo, quando nós imploramos um determinado alimento, nós não sabemos se é nós que imploram o, ou se as bactérias em nosso intestino o estão implorando porque têm sua própria exigência nutritiva.

Os povos igualmente estão pondo pontas de prova em todos os tipos de lugares interessantes, como nós de linfa, rins e artérias. As possibilidades são infinitas.

neurotransmissor

Os neurotransmissor tais como a serotonina, a dopamina, e a histamina são ligados com o humor e as emoções. Crédito de imagem: KateStudio/Shutterstock.com

Que o futuro guardara para você e sua pesquisa na engenharia neural?

Meus cinco ao plano de dez anos são começar empurrar adiante com diagnósticos químicos para a depressão. Eu penso que é tempo - nós estamos em um lugar ruim com o número de diagnósticos da depressão, e está indo obter mais ruim.

Nós precisamos uma boa, maneira robusta de diagnosticar a depressão e de seleccionar drogas novas. Nós igualmente precisamos uma boa, maneira robusta de tratar povos em um nível pessoal, individualista porque todos inflamação é diferente.

Nós estamos fazendo microplaquetas, nós estamos fazendo dispositivos, nós estamos tomando tipos diferentes de pilhas do corpo e nós estamos pedindo, “pode você ser encontrado no cérebro? Pode você dar-nos a informação sobre o cérebro? E em caso afirmativo, podemos nós usamo-lo para seleccionar drogas?”

Nosso objectivo último é desenvolver uma plataforma de fácil utilização que nós possamos fazer disponível aos doutores e aos médicos dos cuidados médicos de modo que pudessem a usar eles mesmos.

Que influência os eventos como Pittcon têm na publicidade e no sentido de sua pesquisa?

Pittcon é um fórum brilhante. É nossa conferência favorita, e nós obtemos muita exposição fora dela porque tão muitos tipos diferentes de povos com interesses diferentes são no atendimento. Porque nós construímos uma ponte sobre disciplinas múltiplas, nós conseguimos interagir com os actores importantes em vários campos.

É bom ver que meus estudantes dão negociações, e eu dou geralmente um par negociações demasiado. É igualmente grande ver o que está acontecendo no de ponta da química analítica e está vendo o que os povos estão fazendo no cérebro com técnicas diferentes. Nós tivemos tão muitos colaborações e relacionamentos de longa data saídos atendendo a Pittcon.

Pittcon 2022 será virtual e será diferente este ano. Que é a importância de ficar imóvel conectada com outros pesquisadores e participantes mesmo em linha?

As coisas retardaram, mas nós temos feito ainda a pesquisa e nós ainda temos trabalho novo e emocionante compartilhar. Nós habituamo-nos a ver-se uma vez por ano, a compartilhar ideias e ao trabalhar em colaborações, assim que eu penso que é importante que nós continuamos a fazer este, mesmo se está em um formato virtual.

Eu estou olhando-lhe realmente para a frente porque estes são povos que eu não tenho visto por muito tempo. Eu penso apenas de uma perspectiva psicológica. Será grande ver suas faces, ouvir-se sobre seu trabalho, e receber de volta alguma normalidade. Quando março chega, é tempo de Pittcon; vindo chuva ou faça sol. Eu penso que é uma boa coisa.

Citations

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    Pittcon. (2021, November 03). In vivo pontas de prova para detectar marcadores da inflamação nos seres humanos e nos animais. 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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