使用Bioelectronic化验促进神经系统疾病药物发现

理解神经系统疾病如阿尔茨海默病的恶化和ALS和发现潜在的遗传疾病如小儿癫痫的机制是至关重要的发展新的治疗策略。然而,研究复杂的脑细胞的电活动可以挑战,和目前很多方法有局限性。

188金宝搏备用有幸采访吉姆·罗斯博士,首席技术官兼联合创始人Axion生物系统,学习更多关于神经网络研究的重要性和优势bioelectronic化验可以提供比传统方法。在这次采访中,吉姆也强调了最近的一些例子技术如何帮助促进药物发现为神经系统疾病,从小儿癫痫“火人节”综合症。

安娜·麦克唐纳(上午):为什么它是重要的是能够学习神经网络以及他们如何随时间变化的?

吉姆·罗斯(小):神经系统是由数十亿细胞共同努力控制情绪,行为,和认知。许多神经条件明显受到破坏时,蜂窝通信。在网络层,如果电路出现异常或损坏,这可能在神经系统产生广泛的影响。研究神经元在网络层允许科学家们了解他们如何相互作用,研究疾病如何导致功能障碍,希望发现如何恢复功能。

重要的是要研究神经网络如何改变随着时间的推移,因为许多神经系统疾病并不简单地出现,而不是一个,他们发展缓慢,在不知不觉中。例如,与阿尔茨海默氏症的遗传素质是人与生俱来的一种高度易感性疾病,但直到在以后的生活中不要出现症状。神经系统的可塑性;它改变了作为一个成长和适应遗传和环境刺激的反应。也做的细胞模型。随着神经网络的发展和成熟在体外,他们可能会适应和随时间变化的响应处理。未来的许多神经系统疾病和疾病的新疗法可能取决于科学家的能力了解神经网络的发展以及如何随着时间的推移,疾病进展。

问:如何是脑细胞的电活动目前研究?这种方法的局限性是什么?

JR:电活动在大脑中目前研究使用几种不同的方法,但标准的方法分析单个细胞的活性是全细胞膜片钳电生理。

执行这种技术,科学家与大脑切片或细胞培养和精致高度单个神经元的微量吸液管。技术是入侵和有时限的;微量吸液管穿孔细胞膜,使前不到一个小时的数据收集细胞死亡。这种方法也需要专业的培训,需要昂贵的,挑剔的设备,限制了科学家和实验室的数量可以有效地使用它。

而膜片箝技术用于研究细胞和单个细胞和突触膜动力学,它不能测量广泛的网络活动在较长时期,限制他们的神经类型的问题可以问模型。

问:你能解释一下什么是微电极阵列(MEA) ?他们提供什么优势科学家在研究神经活动吗?

JR:意味着是一个网格紧密间隔的微电极,抓住整个人口的细胞活动和检测模式,否则逃避传统膜片钳电生理等化验。

量时嵌入到每一个在多井的底部板、电活性细胞如心肌细胞或神经元可以培养电极,创建一个有凝聚力的网络。通过测量电极的电活动注册的整个数组,科学家可以记录这个网络的功能行为。

量使科学家能够在网络层模型和研究疾病,梳理神经病学方面的疾病会破坏正常的神经如何沟通。加上大诱导多能干细胞(iPSC)技术的进步,patient-derived神经元模型可以用来概括特定疾病表型在体外。科学家可以研究这些条件如何影响网络活动和各种疗法如何救援正常功能。在许多应用程序中,这种技术可以帮助屏幕有前途的药物动物实验开始前候选人在人类细胞。Patient-derived细胞可用于个性化医疗的方法

问:小儿癫痫为何如此难治疗吗?bioelectronic传感器是如何帮助促进癫痫的研究,提高癫痫患者的诊断和治疗方式?

JR:约有300万美国成年人和一百万儿童患有癫痫。小儿癫痫的发作可引起长期的情绪,行为,和认知的变化,以及在某些情况下甚至可以导致猝死,因此尽快找到正确的治疗是至关重要的。然而,发现生物标志物指导治疗决策已经挑战了科学家由于一部分癫痫综合征的潜在基因的差异和缺乏生物模式,可以准确地概括在实验室里疾病过程。不幸的是,选择抗癫痫药今天是试错的游戏,大约三分之一的病人,治疗不起作用。

为了更有效地治疗病人有效,一些研究人员正在研究各种形式的癫痫如何应对不同的治疗方法。一个科学家,EvangelosKiskinis博士,从西北大学,为此使用bioelectronic化验。Kiskinis开发了一个在体外癫痫模型使用细胞来源于个人与特定疾病的亚型,KCNQ2有关癫痫。

Kiskinis团队成长patient-derived神经元在多井是盘子和监测自发发射模式在几个星期。他们发现神经元,它的突变KCNQ2基因,模仿标志的神经元放电模式观察患者捐赠的细胞。这在体外模型系统,称为“epilepsy-in-a-dish”,现在启用Kiskinis测试是否有药物可以在这些细胞恢复正常射击模式。发现使用这个模型将支持精确治疗的人的发展KCNQ2癫痫和使用奠定了基础bioelectronic化验模型其他形式的癫痫。

问:你能告诉我们关于任何其他方式bioelectronic传感器正在帮助促进神经系统疾病药物发现吗?

JR:世界各地的科学家正在利用生物传感器研究多种神经系统疾病。例如,Kiskinis也使用bioelectronic化验检查ALS如何影响神经系统在网络层。事实上,虽然仍在哈佛,这个分析帮助他识别一种antileptic药物能恢复正常功能在ALS神经元,而现在,毒品已完成二期临床试验。

此外,Alysson Muotri博士,加州大学圣地亚哥分校使用bioelectronic化验屏幕Rett综合症的治疗严重的神经发育疾病没有治疗方法可用。他的作品透露两个候选药物恢复正常突触功能和网络信号在一个“Rett syndrome-in-a-dish”模式,可能蕴含着巨大的希望在未来的临床试验。

以类似的方式,杨杨博士,普渡大学的用bioelectronic分析识别潜在的治疗遗传性erythromelalgia (IEM),也被称为“火人节”综合症。IEM引起慢性疼痛的手和脚,和传统的止痛药不帮助。使用bioelectronic化验搭配了一个“燃烧Man-in-a-dish”模式,杨发现了一个潜在的治疗目标疾病的根本原因。

最后,在达拉斯,德克萨斯大学的布莱恩·黑博士开发了一种高通量系统屏幕为有效,不致瘾的止痛药使用背根神经节神经元模型慢性疼痛。他的战略,依靠bioelectronic化验检测减少神经元兴奋过度,缓解疼痛的一个特征,可以确定候选药物,总有一天会提供更多有效的替代今天的止痛剂。

使提供个性化治疗患者使一种新的药物屏幕,这些生物化验的许多方面促进飞跃性的进步领域的药物发现。

吉姆·罗斯安娜·麦克唐纳说,科学技术网络作家。188金宝搏备用