במקום ניסויים בבעלי חיים, חוקרים מאוניברסיטת רוצ'סטר משתמשים במיקרו-שבבים עדכניים עם רקמות אנושיות כדי להבין טוב יותר כיצד המוח פועל בתנאים בריאים ונפגע באמצעות מחלות עצביות או מצבים כמו אלח דם.
ג'יימס מקגרת, ויליאם ר. קנאן ג'וניור פרופסור להנדסה ביו-רפואית ומנהל המרכז התרגומי למערכות מיקרופיזיולוגיות מחסום (Trace-BMPs), מוביל צוות המפתח וממנף שבבי רקמות לחקר מחלות בהן נפגשים שני סוגים שונים של רקמות, כולל במחסום-מוח. זוג מחקרים אחרונים שפורסמו ב מדע מתקדם וכן חומרים היום ביו השתמשו בצ'יפס כדי לזהות כיצד מחסום הדם-מוח מתפרק תחת איומים רציניים, מה שעלול להוביל לטיפולים חדשים לשמירה על בריאות המוח.
כאשר דלקת פוגעת במוח
כאשר מטופל עובר ניתוח גדול או חוזה זיהום כמו אלח דם, הוא יכול להבהיר יתר על המידה איברים בכל הגוף כולל המוח, ולעתים להוביל ללקות קוגניטיבית לאורך זמן, במיוחד בקרב חולים מבוגרים.
במחקר שפורסם ב מדע מתקדםהצוות של מקגרת השתמש בשבבי רקמות כדי להראות מה קורה במכשול כאשר הגוף סובל מסערה ציטוקינטית-כאשר מערכת החיסון יוצרת תגובה דלקתית מערכתית בלתי נשלטת. הניסויים שלהם הראו כי עם סערת ציטוקין גבוהה מספיק, מחסום הדם-מוח נשבר, מה שמוביל לפגיעה מוחית.
שני חלבונים שונים של Stress-Stress-Broided הדולפים במוח, כמו פיברינוגן, יחד עם ציטוקינים דלקתיים-יכולים לפעול יחד כדי לעורר שינויים מזיקים בתאי התמיכה במוח הנקראים אסטרוציטים. יחד עם זאת מצאנו כי הכוח הטבעי של זרימת הדם מסייע למחסום הדם-מוח להישאר חזק יותר כנגד אתגרים אלה. בעיניי זה מראה כיצד עקרונות הביולוגיה וגם העקרונות ההנדסיים יכולים להתאחד כדי לתת לנו תובנות חדשות כיצד המוח מגן על עצמו-ומה משתבש במחלות. "
Kaihua Chen, סטודנט לתואר שלישי בהנדסה ביו -רפואית ומחבר המחקר הראשי של המחקר
מקגרת אומר כי בעתיד מקווה הצוות לשלב יותר מרכיבים של המוח בצד המוח של השבב, כולל תאי חיסון קריטיים במוח המכונה המיקרוגליה, כדי להבין טוב יותר כיצד נוירונים פגומים במהלך אירועים דלקתיים אלה. בסופו של דבר, הוא מקווה שניתן להשתמש בשבבים כדי למנוע פגיעות מוח בקרב חולים העוברים סערות ציטוקין.
"אנו מקווים כי על ידי בניית דגמי רקמות אלה בפורמט שבב, אנו יכולים לארגן מודלים מוחיים רבים במערך בצפיפות גבוהה למסך מועמדים לתרופות נוירו-הגנות ולפתח מודלים מוחיים עם רקע גנטי מגוון, כולל אלה שעשויים להיות פגיעים או גמישים לסערות ציטוקין", אומר מקגרת.
החוקרים גם רואים את המודלים שלהם שמשתמשים ברפואה בהתאמה אישית, המותאמים לצרכים של חולים בודדים.
"אם מטופל עומד לעבור כימותרפיה או ניתוח משמעותי המסתכן ביצירת סערת ציטוקין, דוגמנות שבבים כי ניתן להשתמש ברקמת המוח הספציפית של המטופל כדי להעריך סיכון ולהנחות את בחירת התרופות והמינון כדי למנוע פגיעה מוחית כתוצאה", אומר מקגרת.
מפתח חסר לבריאות המוח
מחקר שני, שפורסם ב חומרים היום ביוהתבוננו בפריסיטים, שהם תאי תמיכה הממלאים תפקיד חשוב אך עדיין לא מובן לחלוטין בשמירה על מחסום הדם-מוח. מחקרים קודמים הראו כי במקרים של דלקת מערכתית ומחלות ניווניות, ישנם הרבה פחות פריסיטים מאשר במוח בריא, אך לא היה ידוע לחלוטין מדוע.
הצוות של מקגרת הנדס חורים ופגמים ברקמות האנדותל- קבוצות התאים היוצרות כלי דם- והציגו פריסיטים כדי לראות מה יקרה.
"קשה לתאי האנדותל ליצור מחסום מתאים כאשר הם מתמודדים עם החורים הגדולים האלה", אומר מקגרת. "כשאנחנו מוסיפים את הפריסיטים לקרום, הם יוצרים מטריצה יפה של סיבים מבניים הממלאים את החורים האלה כך שתאי האנדותל יוכלו לגרום לתפקוד המחסום החיוני שלהם."
הפגנת האינטראקציה בין פריסיטים לתאי האנדותל פותחת את הדלת לטיפול טיפולי שיכולים לשמר או להציג יותר פריסיטים כדי לעזור לשמור על מחסום הדם-מוח.
"על ידי יצירת פגמים בשכבת תאי האנדותל, אנו נותנים לתאים לקיים אינטראקציה ישירה יותר, ומאפשרים לפריסיטים לספק חלק מהתמיכה שהם עושים בגוף", אומרת מישל טרמפל, סטודנטית לתואר שלישי בהנדסה ביו -רפואית ומחברת המחקר. "זה חשוב מכיוון שאובדן פריסיטים מעורב במחלות נוירו -ניווניות רבות, ולכן יש מודל בו הפריסיטים מספקים תמיכה מאפשרת לנו ללמוד את ההשפעה של אובדן פריציט בעתיד."
משתפי פעולה מרכזיים במחקרים כללו את האריס (נרידי) גלברד, מנהל המרכז לגילוי נוירו -קומתי במרכז הרפואי אוניברסיטת רוצ'סטר, פרופסור ניקולו טרנדו מהמחלקה להרדמה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת דיוק, ובריטה אנגלהרדט המכון התאודור קוצ'ר באוניברסיטת ברן. המחקר נתמך במימון של המוסדות הלאומיים לבריאות ומלגה טרום דוקטורט מהקרן הבינלאומית למחקר אתי לקיהואה צ'ן.
