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In vivo antenas para descubrir marcadores de la inflamación en seres humanos y animales


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

En esta entrevista, las ciencias de la vida Noticia-Médicas hablan para rechazar Hashemi sobre la investigación sobre in vivo sondan para descubrir marcadores de la inflamación en los seres humanos y los animales que ella presentará en Pittcon.

¿Cuáles son algunos métodos tradicionales para descubrir marcadores de la inflamación en seres humanos y animales?

Tradicionalmente, una sangre o una muestra del plasma será recogida. Hay ciertas proteínas que indican una inflamación; por ejemplo, cytokines favorable-inflamatorios. Si los niveles de éstos se aumentan que corresponde a la inflamación.

Otros tipos de marcadores incluyen la histamina, que es relativamente simple medir en sangre.

¿Cómo usted describiría la evolución in vivo de la tecnología, incluyendo antenas, a partir del pasado al presente? 

La gente ha estado interesada en las cosas la medición en el cerebro durante mucho tiempo, pero ella no tenía necesariamente altas herramientas de la definición hasta hace poco tiempo.

En los modelos animales, usted podría extraer el cerebro o las partes entero de él y después funcionar con un análisis general en los niveles de substancias químicas presentes. La gente todavía hace eso, pero las funciones del cerebro son muy dinámicas, y es muy químicamente complejo.

Las cosas que suceso entre dos células en el cerebro ocurrirán dentro de una cuestión de milisegundos, así que de determinar el nivel total de una substancia química no son siempre ésa informativa. Bastante, queremos ver cómo esa substancia química está cambiando en su estado nativo y eso es muy un reto.

Tardó a científicos un muy cierto tiempo para desarrollar las antenas que eran bastante pequeñas implantar en el cerebro sin el daño de estas conexiones muy finas.

Esta clase de tecnología microelétrica primero fue desarrollada en los años 70 y el 80s y en seguida llegó a ser común en los años 90 y el 2000s temprano mientras que esquemas electroquímicos más rápidos fueron desarrollados que podrían aprovecharse de cierta propiedad de algunas moléculas.

Esencialmente, la electroquímica implica el tomar y el dar de los electrones, entonces consiguiendo una señal de una molécula específica.

Recientemente, la gente ha comenzado a explorar las propiedades fluorescentes de diversas moléculas de modo que ella pueda dirigir ligands e introducir éstos en el cerebro. Cuando los attaches del ligand a una proteína del interés, él son fluorescentes, y la gente ha diseñado las antenas que miden la fluorescencia de ese ligand. Esto es una técnica muy versátil.

En las últimas décadas, hemos ido algo muy crudo - observando niveles totales - real a definir la función del cerebro en tiempo real.

Mucha esta tecnología es muy pequeña; usted puede ponerla en los cerebros de animales y no daña ninguna tejidos. Los animales pueden exhibir comportamientos y usted puede esencialmente escuchar detras de las puertas en su cerebro mientras que están haciendo esto.

barrera hematoencefálica

Usando las muestras de sangre para la diagnosis de la enfermedad de cerebro es problemático debido a la barrera hematoencefálica. Haber de imagen: decade3d - en línea/Shutterstock.com de la anatomía

¿Puede usted describir las técnicas de usar in vivo antenas, y porqué es ellas útil a la biomedecina?

Al diagnosticar cualquier problema de salud, uno de los primeros pasos es recoger una muestra de sangre. Esto está muy bien para muchas enfermedades de la carrocería, pero no tiene en cuenta la barrera hematoencefálica.

La barrera hematoencefálica es un Gateway químico estricto que los mandos qué va dentro y fuera del cerebro. Debido a esta barrera hematoencefálica, los niveles de cosas en su sangre no son necesariamente lo mismo que los niveles en el cerebro. Esto es compuesta por la naturaleza dinámica de las señales del cerebro.

Está extrayendo sangre de la carrocería no nos informa que mucho sobre el cerebro, así que él importante desarrollar antenas apropiadas específicamente con este fin. En los modelos animales, no es fácil, sino que es factible.

Sin embargo, llegar hasta un cerebro humano es una tarea mucho más difícil. Desarrollar las herramientas y la fabricación de estos más pequeños, más rápidamente y más reproductivo en animales es el primer paso hacia poder investigar estos problemas de salud en seres humanos.

Una aproximación que hemos estado trabajando conectado en mi laboratorio está haciendo preguntas y está explorando éstos usando animales, y después se está moviendo humano-como a los modelos.

Un ejemplo de esta aproximación implica tecnología de la célula madre y dos y los organoids tridimensionales de la célula madre. Podemos crear un sistema in vitro, utilizamos antenas para definir la química de ese sistema y para compararla a lo que habíamos visto previamente en animales.

Esto es muy potente porque podemos utilizar esta aproximación para modelar enfermedades y para entender mejor los diversos aspectos de salud del cerebro.

The Evolution of In-Vivo Technology

Rechace el _2 de la entrevista de Hashemi de AZoNetwork en Vimeo.

¿Por qué usted ha seleccionado in vivo las antenas para estudiar sistemas neurológicos, y qué ventajas específicas de las antenas usted se aprovecha en su investigación?

Tengo un interés doble - estoy interesado en la tecnología como un químico e ingeniero. También estoy interesado en intentar medir las cosas que son difíciles de medir, y el cerebro es ciertamente difícil medir cosas hacia adentro.

A nivel personal, el cerebro me fascina. Hemos gastado mil millones de dólares en investigación del cerebro, pero sigue siendo un órgano muy enigmático, y no conocemos tanto sobre él pues quisiéramos.

Los desordenes neurológicos y, particularmente, los desordenes psiquiátricos, son campos interesantes. Mucha gente no conoce esto, pero la depresión es el problema de salud más grande del mundo. Alrededor 300 millones de personas de diagnostican con la depresión mundial.

Para poner ese número en contexto, 100 millones de personas de diagnostican con el cáncer de la clase, así que mientras que pensamos el cáncer es muy común, depresión es por lo menos tres veces más común. Si pensamos en el estigma y el tabú que rodea la depresión, el número podría real ser mucho más alto que ése.

La gente está diciendo que el poste-COVID esto va a conseguir mucho peor. No hay prueba química para la enfermedad psiquiátrica - usted no puede utilizar una muestra de sangre, por las razones que mencioné anterior - él incumbe al paciente para describir sus síntomas.

Los pacientes son notorio malos en hacer eso, así que incumbe al doctor o al médico de la atención sanitaria para basar su diagnosis en la información de un paciente - no hay herramienta diagnóstica para esto.

Las terapias actuales se prescriben a un número de gente fenomenal, pero la manera que trabajan o aún si trabajan que están bajo escrutinio porque no tenemos ninguna manera de fijar esto o de observar maneras de perfeccionarlas.

Esta combinación de factores me incitó pensar en usar nuestra tecnología para hacer algunas preguntas fundamentales acerca de estas cosas. Estas enfermedades psiquiátricas son muy complicadas, así que es imposible revestir el espectro entero de qué está continuando, pero podríamos comenzar con algo simple.

Dijimos, “elijamos una molécula que pensemos seamos importantes en la depresión o enfermedades psiquiátricas y midámosla.” Eso es una hazaña real en sí mismo, pero una vez que usted hace eso y usted puede hacer una medición, usted puede comenzar a hacer preguntas complicadas.

Por ejemplo; ¿Cómo está esto implicada en esta enfermedad psiquiátrica? ¿Cómo tiene esto implicada en la depresión? ¿Qué esta droga está haciendo? ¿Cómo podemos hacer esta droga mejor?

Estamos utilizando tecnología básica de la ingeniería y de la substancia química para tomar mediciones y para contestar a una pregunta muy grande. Es emocionante y desafiadora, y muchos diversos aspectos la entran en, pero no la tendría ninguna otra manera.  

La inflamación es una inmunorespuesta cuando un sistema biológico del ser humano o del animal está luchando contra agentes dañinos y está tentativa curarse. ¿Qué hace inflamación un objetivo específicamente útil para la investigación biomédica?

La inflamación es un asunto actual y estamos realizando que la inflamación subraya muchos problemas de salud, si inflamación de la tripa, cualquier clase de reacción alérgica o una enfermedad crónica. La inflamación es esencialmente un término combinado para una inmunorespuesta.

La gente en mi campo valida que donde hay depresión, allí es inflamación, y donde hay inflamación, allí es depresión - ella es comorbid.

Conducto recientemente un experimento que estamos a punto de publicar. Tomamos un ratón e indujimos una inflamación localizada en la carrocería del ratón. Es un paradigma que implica una molécula llamada LPs - lipopolysaccharide - la proteína encontrada en la membrana exterior de bacterias gramnegativas.

Tan pronto como esta proteína incorpore la carrocería, hay una reacción inmune fuerte, aguda, sino como una molécula, es demasiado grande lejano a conseguir a través de la barrera hematoencefálica.

Dimos esto a los ratones, y entonces medimos su química del cerebro. En cuestión de minutos, la química del cerebro cambió en respuesta a esta infección o reacción inmune. Esto es realmente fascinador porque la gente con enfermedades crónicas tiene gusto de la depresión de la experiencia de la diabetes, de la obesidad o del cáncer a un régimen mucho más alto que el público en general.

Durante mucho tiempo, la gente lo había puesto hacia abajo al hecho que está deprimiendo para tener una enfermedad crónica, psicológicamente, pero pienso que estamos realizando que no es apenas una reacción psicológica a tener una enfermedad crónica - hay una razón fisiológica detrás de ella.

El mismo principio se aplica a la inflamación de la tripa. Hay un campo del estudio enorme que está observando la conexión del tripa-cerebro, trabajando con la gente que tiene la depresión y observar sus bacterias de la tripa para entender mejor cuáles es esa conexión.

Para las enfermedades psiquiátricas, apenas estamos comenzando a apreciar el papel del sistema inmune y cómo es importante éste consiste en controlar nuestros humores y nuestras capacidades cognoscitivas.

bacterias de la tripa

Un nuevo campo de estudio está observando en la conexión del tripa-cerebro y cómo las bacterias de la tripa pueden ser conectadas con los desordenes psiquiátricos. Haber de imagen: Imagen/Shutterstock.com de la anatomía

¿Puede usted describir su investigación sobre in vivo sonda para descubrir marcadores de la inflamación en los seres humanos y los animales que usted está presentando en Pittcon?

Descubrimos que la inflamación tiene un efecto sobre el cerebro y que si usted está experimentando la inflamación, los niveles de la serotonina en el cerebro están reducidos - algo asociado de largo a la depresión. Nos no sorprendieron que vimos niveles de la serotonina ir hacia abajo, pero por otra parte comenzamos a preguntar por qué.

Para ayudar a contestar a esta pregunta, nos centramos en otro mensajero - histamina. La histamina es un mensajero muy fuerte de la inflamación en la carrocería, asociado común a alergias.

Sabemos podemos medir la histamina, y también sabemos que hay histamina en el cerebro, pero no conocemos mucho sobre lo que está haciendo allí.

Hicimos interesados en histamina porque es importante en la inflamación en la carrocería, pero también porque las neuronas de la serotonina en el cerebro tienen receptores de la histamina en ellos, y este sistema de receptores es inhibitorio. Si la histamina en el cerebro fuera aumentar debido a la manera estos neurotransmisores interactivos, después la serotonina disminuiría.

Desarrollamos nueva tecnología para medir la histamina en el cerebro; lo definimos y lo caracterizamos con gran detalle, explorando cómo es controlado, liberamos y re-uptaken.

Después, indujimos a la inflamación que examinara el comodulation de la serotonina y de la histamina. Presumimos que durante la inflamación, los niveles de la histamina en el cerebro suben y fuerzan la serotonina hacia abajo.

Bastante que apuntando la serotonina farmacológico, hemos estado apuntando la histamina, y hemos tenido real resultados mucho mejores en términos de conseguir niveles de la serotonina de nuevo a normal manejando la histamina bastante que la serotonina sí mismo.

¿Cómo es marcadores la medición de la inflamación como los neurotransmisores que dan forma ideas de salud?

Pienso que ahora tenemos una buena comprensión de qué está suceso en el cerebro, en los modelos animales durante la inflamación.

Después, queremos explorar esto usando ser humano o humano-como modelos. Mi sueño sería poder conseguir una cierta clase de marcador accesible de la carrocería y utilizar esto para desarrollar una diagnosis química de qué está entrando conectado en el cerebro.

Hay muchos marcadores de la inflamación en la carrocería y muchas moléculas de la transmisión de señales que están implicados en el sistema inmune.

Nuestras células inmunes hacen señales con histamina, así que observar éstos y el intentar caracterizarlos pueden ser un paso hacia encontrar ese espejo en la carrocería que nos informa sobre el cerebro, y entonces mejoran el diagnóstico y mejoran el diseño de estrategias del tratamiento.

histamina

ejemplo 3D de una célula de palo que libera la histamina, una molécula dominante de la transmisión de señales, un marcador de la inflamación. Haber de imagen: Kateryna Kon/Shutterstock.com

¿Cómo su trabajo se aplica a la comprensión actual del cerebro y el neurodegeneration, tensión, y las toxinas?

Neurodegeneration es un campo amplio, y diversas enfermedades neurodegenerative son definidas por diversos fenotipos. Qué él todo tiene en campo común es un alto comorbidity de la depresión.

Él también tiene un aspecto de la inflamación a él y pensamos que la depresión que es la base del neurodegeneration pudo realmente ser una consecuencia de la inflamación.

Otro aspecto que compone es que algunas de las terapias farmacéuticas para el neurodegeneration apuntarán perjudicial la serotonina o la histamina. No conocíamos esto hasta muy recientemente, pero esto liga entre el fenotipo del neurodegeneration, la inflamación y las diversas drogas son polifacéticas.

¿Puede usted dar un cierto discernimiento en sus aproximaciones del laboratorio para diseñar y dirigir microdevices analíticos nuevos para medir a mensajeros como los neurotransmisores?

Estamos haciendo muchas diversas cosas, así que estamos utilizando diversas técnicas y diversos principios. En mi laboratorio, tenemos neurólogos, químicos e ingenieros. También tenemos gente con los fondos matemáticos y teóricos.

Trabajamos colaborativo, empeñando a la comunidad más amplia con los clínicos, los neurólogos, los fisiólogos, los matemáticos y los estadísticos. Tenemos que reunir muchas diversas disciplinas para contestar a la clase de preguntas que estemos haciendo.

Cuando decidimos queremos desarrollar una herramienta para medir un neurotransmisor determinado, comenzamos diseñando diversos electrodos o diversas antenas. Diseñamos la herramienta, la hacemos y comenzamos caracterizándola en un cubilete, fuera del cerebro. Después, lo ponemos en el cerebro y observamos las diversas entregas que suben.

El proceso es iterativo, tan a este punto, nosotros volverá al tablero de dibujo, reajustará la herramienta y la hará más pequeña y/o más rápidamente. Puede ser que tengamos que modificarlo para darle más selectividad. También tenemos que desarrollar sistemas de análisis de la calibración, del tramitación y de datos exacto para informarnos lo que significa esa señal.

La parte final de este trabajo implica el desplegar de nuestras capacidades a otras moléculas. He hablado de la serotonina y de la histamina en mi laboratorio, pero estamos interesados en otros también.

Correctamente la interpretación de datos de nuestras antenas requiere un diverso equipo de habilidades. Trabajamos con los neurólogos brillantes que saben sobre los receptores, así que una vez que tenemos la señal, podemos decir, “mirar, esta señal - hicimos esto, y subió, después no hicimos, y fue hacia abajo. Qué usted piensan significan?”

Nos ayudan a formular las hipótesis, que podemos volvernos y probar.

Finalmente, cuando tenemos una hipótesis y datos apropiados, trabajaremos con los matemáticos para comenzar a hacer los modelos que describen dimensional estos procesos. Podemos introducir estos modelos con más experimentos, y los modelos pueden informarnos independientemente de si tenemos que hacer más experimentos. Una vez más esto es un proceso iterativo.

También trabajamos con los proyectistas de la droga. Les damos la información sobre lo que encontramos y lo que pensamos necesidades de suceso, y diseñan las drogas basadas en esto. Utilizamos esas drogas para ver si podemos desarrollar mejores antidepresivos.

Incluso trabajamos con los clínicos humanos para llegar hasta cosas en la carrocería que nos informará sobre el cerebro. Totales, vamos de la ingeniería y de la química muy básicas con el espectro entero a la práctica clínica humana.

Los neurotransmisores tales como serotonina, dopamina, e histamina se conectan a humor y a emociones y son así vitales de centrarse en al estudiar la depresión. ¿Qué otros usos para los biomarkers y sondan usted tienen gusto de considerar en los próximos años?

Amaría comenzar a usar antenas en la tripa para explorar la conexión del tripa-cerebro de que hablaba.

Hay un nervio que conecta el cerebro y la tripa, y la gente piensa que es serotonergic en naturaleza. Sería fascinadora estudiar esa conexión porque pienso hacemos que una conexión muy sin obstrucción entre nuestros pensamientos y emociones y la manera nuestras carrocerías reaccionen a ellas.

Las bacterias en nuestra tripa pueden impulsar nuestro comportamiento más que nunca le dimos el haber para. Por ejemplo, cuando anhelamos cierta comida, no sabemos si es nosotros que la anhelan, o si las bacterias en nuestra tripa la están anhelando porque tienen su propio requisito alimenticio.

La gente también está poniendo antenas en toda clase de lugares interesantes, como ganglios linfáticos, riñones y arterias. Las posibilidades son sin fin.

neurotransmisores

Los neurotransmisores tales como serotonina, dopamina, e histamina se conectan a humor y a emociones. Haber de imagen: KateStudio/Shutterstock.com

¿Qué el futuro espera para usted y su investigación en la ingeniería de los nervios?

Mis cinco al plan de diez años es comenzar a activar delante con los diagnósticos químicos para la depresión. Pienso que es tiempo - estamos en un lugar malo con el número de diagnosis de la depresión, y va a conseguir peor.

Necesitamos una manera buena, robusta de diagnosticar la depresión y de revisar las nuevas drogas. También necesitamos una manera buena, robusta de tratar a gente en un nivel personal, individualista porque todo el mundo inflamación es diferente.

¿Estamos haciendo virutas, nosotros estamos haciendo los dispositivos, nosotros estamos tomando diversos tipos de células de la carrocería y estamos pidiendo, “puede usted ser encontrado en el cerebro? ¿Puede usted darnos la información sobre el cerebro? Y si es así podemos le utilizamos para revisar las drogas?”

Nuestro objetivo último es desarrollar una plataforma convivial que poder poner a disposición los doctores y los médicos de la atención sanitaria de modo que pudieran utilizarla ellos mismos.

¿Qué influencia las acciones como Pittcon tienen en la publicidad y la dirección de su investigación?

Pittcon es un foro brillante. Es nuestra conferencia preferida, y salimos mucha exposición de ella porque tan muchos diversos tipos de gente con diversos intereses están allí. Porque puenteamos disciplinas múltiples, conseguimos obrar recíprocamente con los protagonistas en diversos campos.

Es bueno ver que mis estudiantes dan negociaciones, y doy generalmente un par de negociaciones también. Es también grande ver qué está suceso en el filo de la química analítica y está viendo lo que está haciendo la gente en el cerebro con diversas técnicas. Hemos hecho tan muchas colaboraciones y prolongados lazos salir asistiendo a Pittcon.

Pittcon 2022 será virtual y será diferente este año. ¿Cuál está la importancia del tirante inmóvil conectada con otros investigadores y asistentes incluso en línea?

Las cosas han retrasado, pero todavía hemos estado haciendo la investigación y todavía tenemos nuevo y emocionante trabajo compartir. Nos hemos acostumbrado a verse una vez al año, a compartir ideas y a trabajo en colaboraciones, así que pienso que es importante que continuamos hacer esto, incluso si está en un formato virtual.

Estoy observando realmente adelante a él porque éstas son gente que no he visto durante mucho tiempo. Pienso apenas de una perspectiva psicológica. Será grande ver sus caras, oír hablar su trabajo, y conseguir una cierta normalidad detrás. Cuando llega marzo, es tiempo de Pittcon; venido llueva o truene. Pienso que es una buena cosa.

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    Pittcon. (2021, November 03). In vivo antenas para descubrir marcadores de la inflamación en seres humanos y animales. News-Medical. Retrieved on January 21, 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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