Исследователи из Блумбергской Школы общественного здоровья Джона Хопкинса показали, использование стволовых клеток-производных «мини-мозги», чтобы обнаружить вредные побочные эффекты распространенных наркотиков на развивающийся мозг. Мини-мозги миниатюрные модели человеческого мозга, разработанные с человеческими клетками и едва заметные для человеческого глаза, чьи клеточные механизмы сходны в развитии человеческого мозга.
Ученые, которые будут опубликованы 21 февраля в границы клеточной нейробиологии, используется мини-мозгов, чтобы определить, что общий антидепрессант пароксетин подавляет рост синапсов, или соединений между нейронами, что и приводит к существенному уменьшению важную поддержку-клеточной популяции. Пароксетин продается под торговыми марками Паксил и Seroxat, среди других.
Пароксетин, который может проникать через плаценту у беременных женщин, в настоящее время поставляется с предупреждением против использования на ранних сроках беременности, в основном из-за известного риска сердца и дефекты легких. Некоторые эпидемиологические исследования также предположили, что пароксетин повышает риск аутизма. Новые результаты могут повысить опасения по поводу влияния этого препарата, а другие в своем классе, на развитие мозга.
Авторы исследования говорят, что полученные данные свидетельствуют о том, что выращенные в лаборатории мини-мозги, которые они называют BrainSpheres, являются хорошей альтернативой для традиционных испытаний на животных. В частности, они могут выявить наркотики и другие химические вещества, которые вредны для молодых мозгов.
«Существует растущая обеспокоенность тем, что мы имеем эпидемию неврологических заболеваний, включая аутизм, и что такие изменения могут быть вызваны воздействием обычных лекарственных или других химических веществ. Однако, поскольку традиционные тесты на животных-это так дорого, мы не смогли должным образом расследовать этот вопрос», — говорит соавтор старший автор исследования Томас Хартунг, д. м. н., имеют собственную-Збинден кафедрой и профессор кафедры гигиены окружающей среды и инженерно-директор Центра альтернативы испытаний на животных в блумбергская школа.
Гартунг и его коллеги разработали мини-мозг для модели раннего развития мозга. Крошечные комки ткани головного мозга, сделали, взяв клетки у взрослых людей, часто из кожи, превращая их в стволовые клетки, а затем биохимически подталкивая стволовые клетки превращаются в молодые клетки мозга. Мини-мозги формируют зачатки мозга-как организация в течение нескольких месяцев. Потому что они сделаны из человеческих клеток, они могут быть более вероятно, чтобы предсказать воздействие на человеческий мозг, и потому что они могут быть массового производства в лаборатории, они гораздо дешевле работать, чем животные.
Набор тестов токсикологии животных на одном химическом стоит около $1,4 млн в среднем, авторы отмечают, что объясняет, почему подавляющее большинство химических веществ, используемых в лекарственных средств и других потребительских товаров никогда не были проверены на токсичность. В отличие от тестирования токсичности с использованием мини-мозг стоит всего несколько тысяч долларов.
В новом исследовании ученые использовали мини-мозги для проверки на нейроповеденческие эффекты пароксетина. Он и другие антидепрессанты в своем классе, известные как СИОЗС или селективные ингибиторы обратного захвата серотонина, являются одними из наиболее часто назначаемых препаратов, что составляет не менее ежегодно сотни миллионов рецептов.
Исследовательская группа подвергается мини-мозг для двух различных концентраций пароксетина в течение восьми недель, поскольку сгустки ткани развиты. Обе концентрации были в пределах терапевтического диапазона для уровня препарата в крови у людей. В экспериментах исследователи также использовали две различные наборы мини-мозги, каждый полученный из разных стволовых клеток.
Ученые обнаружили, что в то время как пароксетин, казалось, не имеют существенных нейрон-убийства, в большей концентрации она снижается уровень белка, называемого синаптофизин, основным фактором и маркером синапсов до 80 процентов. Пароксетин снижение уровня двух других синапс-маркеров, а также. Аналогичным образом, группа отметила, что пароксетин снижение нормальное развитие структуры, называемые невриты, которые в итоге перерастают в выходной стебли и корень-как входной ветви зрелых нейронов. Наконец, исследователи отметили, что пароксетин-открытыми мини-мозг развит до 75 процентов меньше олигодендроциты, клетки поддержки, которые имеют решающее значение для правильной «проводки» мозга, чем в контрольной группе.
Эти эффекты предполагают, что препарат может препятствовать нормальному формированию взаимосвязей между развивающимися нейронов-результат, который могли бы, предположительно, лежат в основе аутизма или других нарушений.
Исследование также показывает широкий потенциал мини-мозги-тестирование для выявления неблагоприятного воздействия наркотиков на развивающийся мозг.
«В этом отчете мы смогли показать, что тестирование с мини-мозгами можно выявить сравнительно незначительное нейроповеденческие эффекты, а не только очевидные эффекты, химической,» — говорит Гартунг. «То ли пароксетин вызывает аутизм был десятилетней дискуссии, который не может быть решен с помощью экспериментов на животных и эпидемиологических исследований. Итак, мы видим мини-мозги как технология для более широкой оценки рисков распространенных препаратов и химических веществ, включая те, которые могут быть причиной эпидемии аутизма».
Недавно Гартунг и его коллеги получили грант от Агентства США по охране окружающей среды, чтобы развивать свои технологии в качестве альтернативы тестирования на животных.