Người nhận giải thưởng

Aparna Bhaduri, Tiến sĩ., Trợ lý Giáo sư, Hóa sinh và đồng hiệu trưởng Kunal Patel, MD, Phẫu thuật thần kinh, Đại học California - Los Angeles, Los Angeles, CA

Đặc trưng bối cảnh: Vai trò của môi trường vi mô trong việc hình thành u nguyên bào thần kinh đệm ở người:

Tiên lượng cho những người được chẩn đoán mắc bệnh u nguyên bào thần kinh đệm, một dạng ung thư não nguyên phát, đã thay đổi rất ít trong nhiều thập kỷ. Một thách thức là cơ chế mà u nguyên bào thần kinh đệm phát triển và lan rộng vẫn chưa được hiểu rõ. Mô hình chuột chỉ có thể cho các nhà nghiên cứu biết nhiều điều, còn các nghiên cứu về khối u được loại bỏ khỏi não không cho thấy nó phát triển như thế nào.

Phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Bhaduri nghiên cứu cách não phát triển và cách một số loại tế bào nhất định được kích hoạt lại trong trường hợp ung thư não, bắt chước các giai đoạn phát triển của não nhưng bị khối u giam giữ. Hợp tác với Tiến sĩ Patel, một bác sĩ giải phẫu thần kinh chuyên phẫu thuật u nguyên bào thần kinh đệm, phòng thí nghiệm của Bhaduri sẽ sử dụng các phương pháp tiếp cận mới để tạo ra các hệ thống sử dụng các cơ quan được phát triển từ các dòng tế bào gốc mô phỏng gần giống môi trường não người, sau đó cấy ghép, phát triển và nghiên cứu các mẫu khối u mà Patel thu thập từ các bệnh nhân phẫu thuật . Patel đã phát triển các cách để hình dung các khối u cho phép ông loại bỏ một số tế bào ngoại vi đang giao tiếp với các chất não xung quanh, điều được nghiên cứu đặc biệt quan tâm.

Nhóm của Bhaduri sẽ khám phá mối quan hệ dòng dõi của các loại tế bào u nguyên bào thần kinh đệm – chúng thay đổi như thế nào khi khối u phát triển và vai trò của các tế bào khác nhau, cho dù ở lõi, ngoại vi hay bất kỳ phần nào của khối u – đồng thời xem xét cách các tế bào khối u tương tác với các tế bào bình thường xung quanh. Hiểu được mối liên hệ giữa sự phát triển và u nguyên bào thần kinh đệm cũng như cách khối u tương tác với môi trường của nó, có thể tiết lộ cách để phá vỡ nó.

Aryn Gittis, tiến sĩ, Giáo sư, Khoa Khoa học Sinh học, Đại học Carnegie Mellon, Pittsburgh, PA

Nghiên cứu các mạch và cơ chế hỗ trợ phục hồi vận động lâu dài ở chuột bị cạn kiệt Dopamine

Hiểu cách các mạch thần kinh điều khiển chuyển động ở người và cách đào tạo lại các mạch đó sau khi bị thương hoặc hư hỏng là trọng tâm cốt lõi của phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Gittis. Nghiên cứu mới của cô khám phá những cách khai thác tính linh hoạt của não để giúp cải thiện tác động của sự suy giảm dopamine – một đặc điểm chính của Bệnh Parkinson – và cải thiện chức năng vận động trong thời gian dài hơn bằng cách sử dụng các xung điện.

Kích thích não sâu, trong đó dây được cấy vào não cung cấp điện tích liên tục, không đặc hiệu, đã được phê duyệt và sử dụng để giúp giảm các triệu chứng của Bệnh Parkinson trong một thời gian. Tuy nhiên, nó chỉ giải quyết các triệu chứng xuất hiện lại ngay lập tức khi tắt sạc. Phòng thí nghiệm của Gittis nhằm mục đích tìm ra chính xác những con đường thần kinh nào cần thiết để phục hồi vận động, làm thế nào các xung điện có thể được “điều chỉnh” để chỉ ảnh hưởng đến các nhóm dân số này và cách các nhóm dân số này có thể được kích thích để tự sửa chữa về cơ bản, giúp giảm các triệu chứng lâu dài hơn, thậm chí mà không có sự kích thích liên tục.

Công việc sơ bộ cho thấy nhiều hứa hẹn: Làm việc với mô hình chuột bị suy giảm dopamine, Gittis và nhóm của cô đã xác định được các nhóm tế bào thần kinh cụ thể trong thân não cần thiết để giảm các triệu chứng. Thật thú vị, khi được kích thích bằng một xung điện được điều chỉnh cẩn thận (chứ không phải dòng điện liên tục), hoạt động của tế bào sẽ thay đổi theo cách dẫn đến khả năng di chuyển được cải thiện trong nhiều giờ mà không cần kích thích thêm. Nghiên cứu của cô nhằm mục đích xác định xem liệu những thay đổi hoạt động này có thể được thực hiện lâu dài hơn để bắt đầu chữa lành và nối lại các mạch thần kinh hay không.

Thanh Hoàng, TS., Trợ lý Giáo sư, Khoa Nhãn khoa, Khoa Sinh học Tế bào và Phát triển, Viện Khoa học Thần kinh Michigan, Đại học Michigan, Ann Arbor, MI

Lập trình lại in vivo các tế bào hình sao thành tế bào thần kinh để điều trị bệnh Parkinson

Các tế bào thần kinh của hệ thần kinh trung ương (CNS) rất quan trọng trong việc điều phối các chức năng của cơ thể, tuy nhiên chúng rất dễ bị tổn thương. Khi bị hư hỏng, các tác động có thể không thể khắc phục được do tế bào thần kinh không tự sửa chữa hoặc thay thế một cách tự nhiên. Trong bệnh Parkinson, các tế bào thần kinh dopaminergic đã mất chức năng, làm cạn kiệt chất dopamine trong não. Các phương pháp điều trị hiện tại tập trung vào việc làm giảm các triệu chứng như cải thiện khả năng kiểm soát vận động. Tiến sĩ Hoàng đang thực hiện một cách tiếp cận khác trong nghiên cứu của mình: Tìm cách lập trình lại các tế bào thần kinh đệm nội sinh trong não thành các tế bào thần kinh mới, phục hồi chức năng cho não.

Phòng thí nghiệm của Hoàng đã chứng minh khái niệm này bằng cách sử dụng tế bào thần kinh võng mạc. Sử dụng mô hình chuột, Hoàng đã xác định được các gen trong tế bào thần kinh đệm ở võng mạc đóng vai trò ức chế, ngăn cản tế bào chuyển hóa thành tế bào thần kinh. Sự mất chức năng đồng thời của bốn gen đó đã dẫn đến sự chuyển đổi gần như hoàn toàn của các tế bào thần kinh đệm đó thành tế bào thần kinh võng mạc. Nghiên cứu của ông nhằm mục đích xác định liệu nguyên tắc tương tự có thể được áp dụng cho tế bào hình sao, loại tế bào thần kinh đệm phổ biến nhất trong hệ thần kinh trung ương, gần giống với tế bào thần kinh đệm võng mạc trong nghiên cứu trước đây trong phòng thí nghiệm của ông hay không.

Trong nghiên cứu mới của mình, Hoàng hướng tới mục tiêu hướng tới ứng dụng trị liệu. Anh ấy đang nỗ lực hoàn thiện một quy trình in vivo nhằm ức chế các chất ức chế trong tế bào hình sao thông qua vectơ virus liên quan đến adeno (AAV). Nghiên cứu của ông trước tiên sẽ xác định các loại tế bào thần kinh là kết quả của quá trình - nhiều loại dường như là kết quả - và sau đó tìm cách xác định những yếu tố nào cần thiết để thúc đẩy sự phát triển và trưởng thành của các tế bào thần kinh dopaminergic một cách cụ thể. Công trình này hứa hẹn sẽ thúc đẩy khoa học về tái lập trình tế bào, có ý nghĩa đối với nhiều chứng rối loạn thần kinh ngoài bệnh Parkinson.

Jason Shepherd, tiến sĩ, Giáo sư, Trường Y khoa Spencer Fox Eccles, Đại học Utah, Thành phố Salt Lake, UT

Sự lây truyền Tau qua tế bào giống như virus trong bệnh Alzheimer

Nhiều năm nghiên cứu đã mở rộng đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về Bệnh Alzheimer, được đánh dấu bằng sự suy giảm nhận thức, nhưng vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về nguyên nhân của nó và cách thức bệnh lý lây lan trong não. Tiến sĩ Shepherd và phòng thí nghiệm của ông đang tập trung vào vai trò của tau, một loại protein có trong tế bào não có thể bị rối loạn và rối loạn theo tuổi tác. Có mối tương quan chặt chẽ giữa lượng tau gấp sai và sự suy giảm nhận thức ở bệnh Alzheimer. Để bảo vệ tế bào, tau gấp sai cần phải được đào thải trước khi nó tích tụ đến mức độc hại và gây chết tế bào. Tuy nhiên, tau được gấp sai được giải phóng khỏi tế bào có thể lây lan bệnh lý tau sang các tế bào khác và khắp não.

Chính xác làm thế nào tau được giải phóng khỏi tế bào vẫn chưa rõ ràng, nhưng điều này có thể xảy ra dưới dạng protein “trần trụi” hoặc được đóng gói trong các túi ngoại bào được bọc màng (EV). Nhóm của Shepherd đang khám phá khả năng thứ hai này sau một phát hiện mới của phòng thí nghiệm: Arc đó, một gen thần kinh quan trọng cho sự dẻo dai của khớp thần kinh và củng cố trí nhớ, có thể đã tiến hóa từ một yếu tố giống retrovirus cổ đại và vẫn giữ được khả năng hình thành EV bằng cách tạo ra virus- giống như các viên nang đóng gói vật chất và gửi nó đến các tế bào lân cận. Arc liên kết với Tau, vì vậy Arc EV cũng có thể làm lây lan Tau không được gấp nếp, góp phần vào sự tiến triển của Bệnh Alzheimer.

Trong nghiên cứu mới của mình, Shepherd và nhóm của ông nhằm mục đích tìm hiểu cơ chế phân tử giải phóng tau trong EV, vai trò của Arc trong bệnh lý tau và cách các cơ chế phụ thuộc vào Arc góp phần vào sự lây lan của tau. Việc hiểu rõ các cơ chế này cuối cùng có thể dẫn đến các liệu pháp làm giảm sự lây lan của tau gấp sai, thay đổi diễn biến bệnh lý của Bệnh Alzheimer.

Junjie Guo, tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư về Khoa học thần kinh, Trường Y thuộc Đại học Yale, New Haven, CT

Cơ chế và chức năng tự exonization mở rộng lặp lại trong C9orf72 ALS/FTD

Quá trình sao chép DNA phức tạp đến mức đôi khi vẫn xảy ra lỗi. Một số bệnh thần kinh có liên quan đến một loại lỗi cụ thể gọi là mở rộng lặp lại nucleotide (NRE), trong đó một đoạn DNA ngắn được lặp đi lặp lại với hàng trăm bản sao trở lên. Nơi những sự lặp lại này xảy ra trong các vấn đề về bộ gen: trong một bước quan trọng trong biểu hiện gen gọi là ghép RNA, chỉ một số phần (exon) nhất định của RNA được phiên mã từ DNA được nối với nhau để trở thành RNA thông tin cuối cùng, trong khi các chuỗi RNA còn lại (intron) giữa các exon sẽ bị phá vỡ.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các intron có NRE không bị phá vỡ mà có tác dụng hướng dẫn tạo ra nhiều loại protein lặp lại có hại cho tế bào thần kinh. Một ví dụ nổi tiếng là NRE intron trong gen có tên C9orf72, đây là nguyên nhân di truyền phổ biến nhất gây ra bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS, hay bệnh Lou Gehrig) và chứng mất trí nhớ vùng trán (FTD). Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Guo hy vọng sẽ khám phá ra cách NRE intron này phá vỡ quá trình ghép nối RNA và gây ra việc sản xuất các protein lặp lại độc hại.

Guo và nhóm của ông trước tiên sẽ thử nghiệm nhiều loại đột biến NRE để xem đột biến nào có thể thay đổi kiểu nối để intron có thể thoát khỏi sự suy thoái. Mục đích thứ hai của họ sẽ kiểm tra giả thuyết rằng những thay đổi trong kiểu ghép nối này là rất quan trọng để C9orf72 NRE RNA tăng cường xuất khẩu nó từ nhân tế bào vào tế bào chất và hướng dẫn tạo ra các protein lặp lại độc hại. Cuối cùng, nghiên cứu của họ sẽ khám phá khả năng rằng sự khác biệt giữa cách mỗi tế bào tách RNA của nó có thể giải thích tại sao một số loại tế bào thần kinh như tế bào thần kinh vận động lại dễ bị tổn thương hơn trong ALS.

Juliet K. Knowles, MD, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư Thần kinh học, Trường Y thuộc Đại học Stanford, Palo Alto, CA

Các khớp thần kinh từ nơ-ron đến OPC trong quá trình myel hóa thích nghi và kém thích nghi

Trong vai trò là một bác sĩ lâm sàng nhi khoa chuyên về bệnh động kinh, bác sĩ Knowles tận mắt chứng kiến chứng rối loạn thần kinh này (thực ra là một tập hợp của một số bệnh có liên quan nhưng khác biệt) diễn ra như thế nào và nó tiến triển như thế nào. Là một nhà thần kinh học, cô có cơ hội giúp khám phá cách thức và lý do. Knowles và nhóm của cô đang tập trung nghiên cứu về vai trò của hoạt động thần kinh trong quá trình myelin hóa ở những bệnh nhân mắc bệnh động kinh toàn thể, một dạng bệnh phổ biến được đặc trưng bởi sự xuất hiện của các cơn động kinh và cơn vắng ý thức.

Quá trình myel hóa là quá trình các sợi trục (hình chiếu) của tế bào thần kinh được bọc trong myelin, giúp tăng cường tốc độ truyền tín hiệu sợi trục và làm cho mạng lưới thần kinh hoạt động hiệu quả hơn. Quá trình này liên quan đến các tế bào tiền thân oligodendrocyte (OPC) có thể phát triển thành oligodendrocytes, tế bào sản xuất myelin. Trong nghiên cứu trước đó, Knowles đã phát hiện ra rằng hoạt động thần kinh của các cơn động kinh vắng ý thức thúc đẩy quá trình myel hóa của mạch động kinh, khiến nó hoạt động hiệu quả hơn. Điều này dường như dẫn đến sự gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của cơn động kinh vắng mặt; khi Knowles và nhóm của cô ngăn chặn phản ứng của OPC đối với hoạt động thần kinh, quá trình myelin hóa do động kinh đã không xảy ra và các cơn động kinh không tiến triển.

Nghiên cứu mới của Knowles giờ đây sẽ khám phá điều này xảy ra như thế nào và xác định các phương pháp tiếp cận khả thi cho các liệu pháp trong tương lai. Một mục đích sẽ ghi lại tế bào thần kinh với các khớp thần kinh OPC ở cả mô hình chuột bị động kinh và chuột khỏe mạnh. Mục đích thứ hai sẽ so sánh hoạt động của khớp thần kinh với OPC và biểu hiện gen khớp thần kinh ở chuột khỏe mạnh hoặc chuột bị động kinh - đặc biệt tập trung vào việc quá trình myel hóa được thúc đẩy bởi một cơn động kinh khác với quá trình học tập được thúc đẩy như thế nào. Mục đích thứ ba sẽ tìm hiểu xem việc phá vỡ các thụ thể sau khớp thần kinh trên các tế bào ít nhánh ảnh hưởng như thế nào đến sự tiến triển của bệnh động kinh, không chỉ về mặt co giật mà còn các triệu chứng liên quan như gián đoạn giấc ngủ và suy giảm nhận thức, cả hai đều thường gặp ở những người bị ảnh hưởng bởi bệnh động kinh.

Akhila Rajan, Bằng tiến sĩ., Phó Giáo sư, Ban Khoa học Cơ bản, Trung tâm Ung thư Fred Hutchinson, Seattle, WA

Tín hiệu ty thể của tế bào mỡ-não và tác động của nó lên chức năng não

Sự giao tiếp giữa các cơ quan và não rất quan trọng đối với sự sống sót và sức khỏe của động vật. Tín hiệu cho não biết khi cơ thể cần thêm năng lượng, đói, cần ngủ, di chuyển hay thực hiện vô số nhiệm vụ khác. Nhưng nghiên cứu gần đây đã tiết lộ rằng giao tiếp có thể bao gồm nhiều thứ hơn là hormone – các gói vật liệu cũng có thể được truyền đến tế bào não. Nghiên cứu của Tiến sĩ Rajan tập trung vào hiện tượng tế bào mỡ (tế bào mỡ) gửi các mảnh ty thể – các bào quan trong tế bào tạo ra năng lượng, cùng với các vai trò khác – đến não và điều đó ảnh hưởng đến chức năng não như thế nào.

Nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng khi các mảnh ty thể này đến não, nó khiến mô hình ruồi mà nhóm của Rajan làm việc với cảm giác đói hơn, đặc biệt là đối với thực phẩm có nhiều đường, thúc đẩy chu kỳ béo phì và gửi thêm vật chất. Có một mối tương quan đã biết giữa béo phì và một loạt các rối loạn thần kinh, bao gồm rối loạn giấc ngủ và suy giảm nhận thức, và nghiên cứu mới này hy vọng sẽ làm sáng tỏ những mối liên hệ này và có khả năng xác định mục tiêu cho các liệu pháp điều trị trong tương lai.

Làm việc với mô hình ruồi, Rajan và nhóm của cô nhằm mục đích xác định chính xác làm thế nào những mảnh ty thể này tiếp cận được các tế bào thần kinh trong não mà không bị suy thoái; điều gì xảy ra khi những mảnh ty thể của tế bào mỡ này tích hợp với ty thể của tế bào thần kinh, cụ thể là nó làm thay đổi hành vi của động vật như thế nào về giấc ngủ và ăn uống; và quá trình này có ảnh hưởng gì đến sức khỏe thần kinh nói chung. Nghiên cứu sẽ tận dụng các thao tác di truyền rất chính xác mà phòng thí nghiệm của Rajan vượt trội, liên quan đến những hiểu biết sâu sắc liên ngành do các thành viên trong nhóm phòng thí nghiệm cung cấp và sử dụng các buồng sinh lý côn trùng tiên tiến cho phép nhóm ghi lại hoạt động ăn uống và thay đổi hành vi ở mức độ mà các thế hệ trước không thể tiếp cận được. của các nhà nghiên cứu.

Humsa Venkatesh, Bằng tiến sĩ., Trợ lý Giáo sư về Thần kinh học, Bệnh viện Brigham và Phụ nữ & Trường Y Harvard, Boston, MA

Sinh học thần kinh của u thần kinh đệm: Tìm hiểu các mạch thần kinh ác tính hướng dẫn sự phát triển của khối u

Ung thư, bao gồm cả khối u não, thường được nghiên cứu ở cấp độ tế bào hoặc phân tử. Các nhà nghiên cứu đang giải quyết các câu hỏi như quần thể tế bào nào có liên quan, chúng biến đổi như thế nào và chúng ta có thể làm gì với những tế bào ác tính đó để khiến chúng ngừng tái tạo? Tiến sĩ Venkatesh quan tâm đến việc xem hệ thống thần kinh cũng tham gia như thế nào vào quá trình phát triển của bệnh ung thư và đã phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh hình thành các kết nối khớp thần kinh với các tế bào ung thư.

Venkatesh và phòng thí nghiệm của cô đang nghiên cứu cả khối u não nguyên phát và thứ phát nhưng có bằng chứng cho thấy những phát hiện này áp dụng cho bệnh ung thư ở các bộ phận khác của cơ thể. Nhận thức sâu sắc rằng các khối u đang tương tác với các tế bào thần kinh chứ không chỉ giết chết các dây thần kinh như người ta từng nghĩ, đã mở ra nhiều khả năng. Những khối u ác tính này đang lấy tín hiệu từ hệ thống thần kinh nhằm truyền thông tin đến các tế bào khác và thay vào đó diễn giải lại chúng để hướng dẫn ung thư phát triển. Bây giờ các nhà nghiên cứu có thể khám phá cách khai thác hệ thống thần kinh để giúp điều trị hoặc kiểm soát căn bệnh ác tính này. Trong một bước phát triển thú vị, công việc trước đây của Venkatesh trong lĩnh vực này đã dẫn đến các thử nghiệm lâm sàng nhằm tái sử dụng các loại thuốc hiện có nhắm vào hệ thần kinh và áp dụng chúng vào điều trị ung thư.

Nghiên cứu mới này thậm chí còn đi sâu hơn vào việc tìm hiểu các cơ chế chi phối sự tiến triển của u thần kinh đệm do hoạt động của mạch thần kinh. Sử dụng các công nghệ khoa học thần kinh tiên tiến và các dòng tế bào có nguồn gốc từ bệnh nhân, Venkatesh sẽ có thể điều chỉnh và nghiên cứu mạng lưới thần kinh ác tính, bao gồm cả tế bào thần kinh và tế bào khối u, ảnh hưởng đến sự phát triển của ung thư. Hiểu được cơ chế phụ thuộc vào hoạt động này và cách nhắm mục tiêu vào nó mà không làm gián đoạn chức năng thần kinh khỏe mạnh có thể mở ra các lĩnh vực nghiên cứu ung thư mới và các cơ hội điều trị mới.

Lisa Beutler, MD, Ph.D., Trợ lý Giáo sư Y khoa về Nội tiết, Trường Y Feinberg, Đại học Northwestern, Chicago, IL

Khám phá động lực học đường ruột-não cơ bản gây ra chứng biếng ăn

Cho ăn là cốt lõi của sự tồn tại của động vật, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi ruột và não liên lạc liên tục để điều phối lượng thức ăn phù hợp và trọng lượng cơ thể ổn định. Tuy nhiên, khi bị viêm, hệ thống này có thể bị phá vỡ. Một trong những dấu hiệu nhận biết của chứng biếng ăn liên quan đến viêm (không nên nhầm lẫn với chứng chán ăn tâm thần) là giảm cảm giác thèm ăn, có thể nghiêm trọng đến mức gây suy dinh dưỡng. Các liệu pháp hiện tại - bao gồm dinh dưỡng được cung cấp qua đường IV và ống nuôi dưỡng qua đường ruột - có thể làm giảm chất lượng cuộc sống và gây ra những hậu quả nghiêm trọng.

Tiến sĩ Beutler hướng tới việc sử dụng các kỹ thuật quan sát và thao tác thần kinh tiên tiến để mổ xẻ các cơ chế cơ bản liên quan đến chứng chán ăn do viêm. Nhóm của Beutler sẽ sử dụng hình ảnh canxi để tiết lộ tác động của từng cytokine (tín hiệu được giải phóng trong quá trình viêm) đối với các nhóm tế bào thần kinh liên quan đến thức ăn cụ thể. Nhóm của cô ấy cũng sẽ sử dụng các công cụ di truyền tiên tiến để cố gắng ghi đè các tín hiệu 'không ăn' không phù hợp do viêm nhiễm nghiêm trọng. Cuối cùng, cô ấy sẽ nghiên cứu cách các mô hình cụ thể của bệnh viêm thay đổi phản ứng thần kinh đối với lượng chất dinh dưỡng.

Nghiên cứu của Beutler sẽ là nghiên cứu đầu tiên nghiên cứu các quá trình cụ thể ở mức độ chi tiết này trong một cơ thể sống. Bằng cách xác định các mục tiêu thần kinh chính xác của quá trình giải phóng cytokine, và giải mã cách điều này điều chỉnh sự thèm ăn, Beutler hy vọng sẽ xác định được các mục tiêu điều trị đối với tình trạng suy dinh dưỡng liên quan đến các bệnh viêm nhiễm. Hơn nữa, phòng thí nghiệm của cô ấy nhằm mục đích tạo ra một lộ trình của tín hiệu miễn dịch ruột-não-có thể có ý nghĩa chính không chỉ trong việc điều trị chứng biếng ăn do viêm mà còn cho nghiên cứu chuyển hóa và nuôi dưỡng trong tương lai.

Ngày Jeremy, Bằng tiến sĩ., Phó Giáo sư, Khoa Sinh học Thần kinh, Trường Y Heersink, Đại học Alabama - Birmingham; và Ian Maze, Bằng tiến sĩ., Giáo sư - Khoa Khoa học Thần kinh và Dược lý, Giám đốc - Trung tâm Kỹ thuật Biểu tượng Thần kinh, Trường Y Icahn tại Mount Sinai, Thành phố New York

Tận dụng các biểu thể tế bào đơn để thao túng có mục tiêu các quần thể được kích hoạt bằng thuốc

Nghiện ma tuý là một vấn đề nghiêm trọng đối với cá nhân và toàn xã hội. Mặc dù đã có những nghiên cứu đáng kể về việc hiểu và điều trị chứng nghiện, nhưng 60% trong số những người được điều trị sẽ bị tái nghiện. Trên thực tế, sự thèm muốn ma túy thực sự có thể tăng lên theo thời gian, tiềm ẩn trong những người đã nghiện ngay cả khi không tiếp tục tiếp xúc với ma túy. Tiến sĩ Day và Tiến sĩ Maze nhằm mục đích nghiên cứu chứng nghiện ở một cấp độ mới - đi sâu vào các tác động biểu sinh của việc sử dụng ma túy đối với các tế bào cụ thể ở cấp độ tế bào đơn lẻ, và làm thế nào chúng có thể khiến một đối tượng tái nghiện.

Nghiên cứu sơ bộ đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với thuốc theo thời gian sẽ làm thay đổi cách biểu hiện của các gen. Về bản chất, ma túy có thể chiếm đoạt các yếu tố điều hòa di truyền được gọi là “chất tăng cường”, khi được kích hoạt sẽ gây ra một số gen nhất định được biểu hiện trong tế bào não thúc đẩy đối tượng tìm kiếm các loại thuốc này. Day and Maze đã thiết kế một dự án để xác định các chất tăng cường này theo kiểu tế bào cụ thể được kích hoạt (hoặc không được chuyển hóa) bởi cocaine - một chất kích thích đã được nghiên cứu và hiểu rõ - sau đó tạo và chèn các vectơ virus vào các tế bào chỉ hoạt động trong sự hiện diện của chất tăng cường không được biên dịch đó. Sử dụng chiến lược này, vectơ virus sẽ chỉ biểu hiện hàng hóa của nó trong các quần thể tế bào bị ảnh hưởng bởi cocaine và cho phép các nhà nghiên cứu kích hoạt hoặc vô hiệu hóa tế bào bị ảnh hưởng về mặt quang học hoặc hóa trị.

Với điều này, Day and Maze sẽ xáo trộn các nhóm để điều tra tác động của họ đối với hành vi tìm kiếm ma túy trong một mô hình gặm nhấm tự quản lý cocaine vô độ. Công trình của họ dựa trên những tiến bộ gần đây trong khả năng nhắm mục tiêu các tế bào riêng lẻ và các nhóm tế bào nhỏ, thay vì toàn bộ quần thể tế bào hoặc loại tế bào như đã là trọng tâm của nghiên cứu trước đó. Bây giờ có thể tập trung vào vai trò của các tế bào cụ thể, hy vọng là các phương pháp điều trị tốt hơn có thể được phát triển để giải quyết các gốc rễ di truyền của chứng nghiện và tái nghiện, và không có tác dụng phụ tiêu cực của việc thao túng các quần thể tế bào não lớn hơn, ít mục tiêu hơn.

Stephan Lammel, Tiến sĩ, Phó Giáo sư Sinh học Thần kinh, Đại học California - Berkeley

Neurotensin điều chỉnh trung gian của hành vi ăn uống khoái lạc và béo phì

Bộ não bị ám ảnh bởi việc tìm kiếm và tiêu thụ thức ăn. Khi tìm thấy thực phẩm giàu calo - hiếm trong tự nhiên - động vật sẽ tiêu thụ nhanh theo bản năng. Đối với những người sẵn sàng tiếp cận với thực phẩm giàu calo, bản năng đôi khi dẫn đến ăn quá nhiều, béo phì và các vấn đề sức khỏe liên quan. Nhưng nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong một số trường hợp, xu hướng ăn thức ăn có hàm lượng calo cao có thể giảm đi khi thức ăn đó luôn có sẵn. Tiến sĩ Lammel tìm cách xác định các quá trình thần kinh và các vùng não liên quan đến hành vi cho ăn như vậy và quy định của nó.

Các nghiên cứu trong nhiều năm đã liên kết việc cho ăn với vùng dưới đồi, một phần cổ và sâu của não. Tuy nhiên, bằng chứng cũng chỉ ra vai trò của các trung tâm khen thưởng và khoái cảm của não bộ. Nghiên cứu sơ bộ của Lammel đã phát hiện ra rằng các liên kết từ vùng nhân bên (NAcLat) đến khu vực đuôi bụng (VTA) là trung tâm của việc cho ăn theo chủ nghĩa khoái lạc - kích hoạt liên kết quang di truyền dẫn đến việc tăng cường ăn các loại thực phẩm giàu calo, nhưng không phải thức ăn thông thường. Một nghiên cứu khác đã xác định amino acid neurotensin (NTS) đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động ăn uống, bên cạnh các vai trò khác.

Nghiên cứu của Lammel tìm cách vạch ra mạch và vai trò của các bộ phận khác nhau của não dẫn động vật ăn theo kiểu khoái lạc cũng như vai trò của NTS, được thể hiện trong NAcLat. Các đối tượng được trình bày với chế độ ăn bình thường hoặc chế độ ăn thạch giàu calo, và hoạt động trên con đường NAcLat-to-VTA được ghi lại và lập bản đồ cho các hành vi cho ăn. Anh ấy cũng sẽ theo dõi những thay đổi theo thời gian khi tiếp xúc lâu với thực phẩm theo chủ nghĩa khoái lạc. Nghiên cứu sâu hơn sẽ xem xét những thay đổi về sự hiện diện của NTS trong tế bào và sự hiện diện của nó với số lượng khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến chức năng tế bào. Bằng cách hiểu các con đường và cơ học phân tử liên quan đến việc cho ăn và béo phì, công trình này có thể đóng góp vào những nỗ lực trong tương lai giúp kiểm soát bệnh béo phì.

Lindsay Schwarz, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư về Sinh học Thần kinh Phát triển, Bệnh viện Nghiên cứu Trẻ em St. Jude, Memphis, TN

Xác định các mạch não kết nối giữa hô hấp và trạng thái nhận thức

Hít thở là tự động ở động vật, nhưng không giống như các chức năng thiết yếu có thể so sánh được khác - nhịp tim, tiêu hóa, v.v. - động vật có thể kiểm soát hơi thở một cách có ý thức. Hít thở cũng gắn liền với trạng thái cảm xúc và tinh thần theo hai chiều: tác nhân kích thích cảm xúc có thể gây ra thay đổi trong nhịp thở, nhưng thay đổi nhịp thở một cách có ý thức cũng đã được chứng minh là ảnh hưởng đến trạng thái của tâm trí. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Schwarz nhằm mục đích xác định các tế bào thần kinh liên quan đến hô hấp nào được kích hoạt một cách có chọn lọc bởi các dấu hiệu sinh lý và nhận thức, đồng thời lập bản đồ các vùng não mà chúng kết nối với. Nghiên cứu này có thể hữu ích trong việc nghiên cứu nhiều loại rối loạn thần kinh khác nhau khi hô hấp bị ảnh hưởng, chẳng hạn như hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh (SIDS), ngưng thở khi ngủ trung ương và rối loạn lo âu.

Schwarz nhằm mục đích tận dụng những tiến bộ trong việc gắn thẻ thần kinh để nghiên cứu những tế bào thần kinh này, nằm sâu trong thân não, theo truyền thống rất khó để cô lập và ghi lại in vivo. Nhưng với việc gắn thẻ hoạt động, Schwarz có thể xác định các tế bào thần kinh được kích hoạt trong quá trình hô hấp bẩm sinh so với hoạt động hô hấp tích cực. Đối với trường hợp thứ hai, các đối tượng bị điều hòa bởi một kích thích căng thẳng khiến họ bị đông cứng và thay đổi nhịp thở. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra các tế bào thần kinh được gắn thẻ để xác định cái nào đang hoạt động trong các đối tượng được điều hòa và giải quyết xem liệu những tế bào thần kinh này có trùng lặp với các tế bào thần kinh hoạt động trong quá trình hô hấp bẩm sinh hay không.

Mục đích thứ hai là xác định danh tính phân tử của các tế bào thần kinh liên quan đến hô hấp được kích hoạt trong quá trình điều hòa để hiểu chính xác hơn tế bào nào là một phần của mạch thở. Cuối cùng, sau khi xác định được các tế bào thần kinh đó, Schwarz sẽ sử dụng các phương pháp tiếp cận vectơ vi-rút do các nhà nghiên cứu khác phát triển để xác định các phần của não mà các tế bào được kích hoạt đó kết nối với. Việc xác định mối liên hệ giữa các trạng thái của não và nhịp thở, sự chồng chéo của các mạch thở có ý thức và vô thức, cũng như mối liên hệ giữa hơi thở và một số bệnh nhất định có thể đặt nền tảng cho các liệu pháp tốt hơn cũng như hiểu biết đầy đủ hơn về cách thức hoạt động của các chức năng cơ bản nhất của chúng ta.

Rui Chang, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Khoa Khoa học Thần kinh và Sinh lý Tế bào và Phân tử, Trường Y Đại học Yale

Sreeganga Chandra, Bằng tiến sĩ. Phó giáo sư, Khoa Thần kinh và Khoa học Thần kinh, Trường Y Đại học Yale

Từ ruột đến não: Hiểu được sự lây lan của bệnh Parkinson

Bệnh Parkinson là một căn bệnh thoái hóa thần kinh được biết đến rộng rãi nhưng vẫn còn bí ẩn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống. Hiện vẫn chưa rõ chính xác căn bệnh khởi phát như thế nào, nhưng nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng ít nhất một số trường hợp Parkinson bắt nguồn từ ruột và lan truyền đến não qua dây thần kinh phế vị, một dây thần kinh nhiều mặt, phức tạp, dài, kết nối nhiều cơ quan với não.

Tiến sĩ Chang và Tiến sĩ Chandra đang đưa cái nhìn sâu sắc về truyền từ ruột đến não này lên cấp độ tiếp theo với nghiên cứu của họ. Hai mục đích đầu tiên của họ là tìm cách xác định chính xác quần thể tế bào thần kinh phế vị nào truyền bệnh Parkinson và quá trình tương tác giữa ruột và những tế bào thần kinh này. Thí nghiệm sử dụng một mô hình chuột, tiêm các protein có thể gây ra bệnh Parkinson, và một quy trình mới để gắn thẻ và loại bỏ chọn lọc (đóng cửa) các loại tế bào thần kinh cụ thể. Thông qua các thí nghiệm trong đó một số tế bào thần kinh bị cắt bỏ, protein được đưa vào và những con chuột được kiểm tra bệnh Parkinson, nhóm nghiên cứu sẽ thu hẹp các ứng viên cụ thể. Trong mục tiêu thứ ba, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ khám phá ra cơ chế mà căn bệnh này được vận chuyển ở cấp độ phân tử trong các tế bào thần kinh.

Nghiên cứu là một nỗ lực hợp tác liên ngành dựa trên kinh nghiệm của Tiến sĩ Chang nghiên cứu hệ thống dây thần kinh phế vị và ruột cũng như chuyên môn của Tiến sĩ Chandra về Bệnh Parkinson và bệnh lý của nó. Người ta hy vọng rằng với sự hiểu biết tốt hơn, chính xác hơn về cách thức bệnh đến não, có thể xác định các mục tiêu mới ở xa não hơn để điều trị chính xác hơn, cho phép điều trị trì hoãn hoặc giảm sự khởi phát của bệnh Parkinson mà không gây hại cho não hoặc ảnh hưởng đến nhiều chức năng quan trọng khác của dây thần kinh phế vị đặc biệt phức tạp hoặc hệ thống ruột.

Rainbo Hultman, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Khoa Sinh lý Phân tử và Lý sinh, Viện Khoa học Thần kinh Iowa - Đại học Y Carver, Đại học Iowa

Kết nối điện toàn bộ não trong chứng đau nửa đầu: Hướng tới sự phát triển của phương pháp trị liệu dựa trên mạng

Chứng đau nửa đầu là một chứng rối loạn lan rộng, thường gây suy nhược. Nó phức tạp và nổi tiếng là khó điều trị; những người mắc phải có các triệu chứng khác nhau, thường gây ra bởi quá mẫn cảm giác, có thể bao gồm đau, buồn nôn, suy giảm thị lực và các tác dụng khác. Chứng đau nửa đầu ảnh hưởng đến nhiều phần liên kết với nhau của não, nhưng không phải lúc nào cũng theo cùng một cách và các phương pháp điều trị thường không có tác dụng giống nhau từ người này sang người khác. Nghiên cứu của Tiến sĩ Hultman đề xuất kiểm tra chứng đau nửa đầu bằng cách sử dụng các công cụ mới với mục đích soi ra những hướng điều trị mới.

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên việc nhóm của cô khám phá ra các yếu tố điện tử, các phép đo mô hình hoạt động điện trong não gắn với các trạng thái não cụ thể. Sử dụng thiết bị cấy ghép để đo hoạt động của não trong các mô hình chuột đại diện cho cả chứng đau nửa đầu cấp tính và mãn tính, nhóm của cô sẽ quan sát phần nào của não chuột được kích hoạt và theo trình tự nào trên thang mili giây lần đầu tiên. Máy học sẽ giúp tổ chức dữ liệu thu thập được và bản đồ điện tử được tạo có thể được sử dụng để giúp xác định các phần của não bị ảnh hưởng và điện thế thay đổi như thế nào theo thời gian, đặc biệt là khi bắt đầu bệnh mãn tính. Thí nghiệm cũng kiểm tra các mô hình hoạt động điện gắn liền với phản ứng hành vi; ví dụ, các tín hiệu điện quan sát được trong não của một đối tượng tìm cách tránh ánh sáng chói có thể đưa ra cách dự đoán các phản ứng nghiêm trọng hơn đối với chứng đau nửa đầu.

Phần thứ hai trong nghiên cứu của Tiến sĩ Hultman sau đó sẽ sử dụng các công cụ tương tự để xem xét cách thức hoạt động của các liệu pháp điều trị và dự phòng. Các yếu tố điện học của các đối tượng được điều trị bằng các phương pháp trị liệu này sẽ được thu thập và so sánh với các đối chứng để xác định những phần nào của não bị ảnh hưởng và theo cách nào, giúp tiết lộ tác dụng của từng phương pháp điều trị / dự phòng, cũng như tác động của việc lạm dụng thuốc gây đau đầu, a Tác dụng phụ thường gặp ở những người bị đau nửa đầu, những người tìm cách kiểm soát tình trạng của họ.

Gregory Scherrer, Tiến sĩ, Phó Giáo sư, Khoa Sinh học và Sinh lý Tế bào, Trung tâm Khoa học Thần kinh UNC, Đại học Bắc Carolina

Làm sáng tỏ cơ sở thần kinh của chứng khó chịu đau: Mạch và phương pháp điều trị mới để chấm dứt đại dịch kép của đau mãn tính và nghiện opioid

Đau là cách bộ não của chúng ta cảm nhận các kích thích có hại tiềm ẩn, nhưng nó không phải là một trải nghiệm đơn lẻ. Nó đa chiều, liên quan đến việc truyền từ dây thần kinh đến tủy sống và não, xử lý tín hiệu, kích hoạt hành động phản xạ và sau đó theo dõi hoạt động thần kinh liên quan đến các hành động làm dịu cơn đau trong thời gian ngắn và các quá trình học tập phức tạp để tránh nó trong tương lai.

Đau đớn cũng là cốt lõi của điều mà Tiến sĩ Scherrer coi là hai bệnh dịch có liên quan với nhau: đại dịch đau mãn tính, ảnh hưởng đến khoảng 116 triệu người Mỹ và đại dịch opioid do lạm dụng các loại thuốc mạnh và thường gây nghiện để điều trị. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Scherrer đang muốn tìm hiểu chính xác cách bộ não mã hóa cảm giác khó chịu của cơn đau. Nhiều loại thuốc tìm cách ảnh hưởng đến cảm giác khó chịu đó nhưng thường quá mạnh và cũng kích hoạt phần thưởng và mạch thở, dẫn đến nghiện (và do lạm dụng kéo dài) và ngừng hô hấp gây tử vong liên quan đến opioid.

Nhóm của Tiến sĩ Scherrer sẽ tạo ra một bản đồ toàn bộ não về các mạch cảm xúc đau bằng cách sử dụng bẫy gen và ghi nhãn các tế bào thần kinh được kích hoạt bởi cơn đau bằng các dấu hiệu huỳnh quang. Thứ hai, các tế bào não đã được kích hoạt sẽ được tách ra và mã di truyền của chúng sẽ được giải trình tự, tìm kiếm các thụ thể phổ biến trên các tế bào có thể là mục tiêu điều trị. Cuối cùng, nghiên cứu sẽ điều tra các hợp chất trong thư viện hóa học được thiết kế để tương tác với bất kỳ thụ thể mục tiêu nào đã được xác định; ảnh hưởng của những hợp chất này đối với sự khó chịu của cơn đau; và liệu các hợp chất này có nguy cơ sử dụng quá mức hoặc ảnh hưởng đến hệ hô hấp hay không. Cuối cùng, mục đích là giúp tìm ra những cách tốt hơn để giảm bớt tất cả các loại đau và cải thiện hạnh phúc và chất lượng cuộc sống của những bệnh nhân trải qua nó.