Gehirn Verletzungen durch zu wenig Sauerstoff wirkt auf bestimmte Zellen, Studie findet

Niedrige Sauerstoff-Niveaus sind eine bekannte Ursache der Hirnschädigung bei Frühgeborenen. Aber der Mechanismus, durch den niedrigen Sauerstoff schadet den sich entwickelnden menschlichen Gehirn wurde unklar.

Jetzt haben Forscher an der Stanford University School of Medicine identifizierten eine Reihe von spezifischen Gehirnzellen, die besonders anfällig für Schädigungen durch niedrige Sauerstoff-Exposition in der frühen Entwicklung. Dieser Schaden ist deckungsgleich mit Gehirn-Anomalien, insbesondere Reduktion in der grauen Substanz, gesehen bei Kindern, die geboren werden, sehr vorzeitig. Die Forscher haben auch festgestellt, eine Verbindung, die möglicherweise in der Lage sein, um das problem zu vermeiden. Die Ergebnisse werden online veröffentlicht am 6. Mai in der Natur-Medizin.

„In den vergangenen 20 Jahren haben wir viele Fortschritte gemacht, im Einklang extrem früh geborene Babys am Leben, aber 70% bis 80% von Ihnen haben einen schlechten entwicklungsneurologische Ergebnisse“, sagte der Studie führen Autor, Anca Pasca, MD, assistant professor für Pädiatrie an der School of Medicine und ein neonatologist am Lucile Packard Children ‚ s Hospital Stanford. Hypoxischen Hirn-Verletzungen sind gedacht, um führen zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen in manchen Frühchen, sagte Sie.

Vor Forschung hat gezeigt, dass Kinder geboren vor 28 Wochen der Schwangerschaft, oder zumindest 12 Wochen zu früh, haben eine dünnere Großhirnrinde als Kinder, die geboren wurden, nachdem eine volle Amtszeit Schwangerschaft. Die Großhirnrinde ist der stark gefalteten Schicht der grauen Substanz, die macht den größten Teil des Gehirns beim Menschen und anderen Primaten. Es ist verantwortlich für die erweiterten Funktionen des Gehirns, einschließlich Kognition, Sprache und die Verarbeitung von sensorischen und motorischen Informationen.

Neonatologists haben auch längst erkannt haben, dass die lungenentwicklung ist unvollständig, in sehr Frühgeborenen. Die Babys haben schlechte Lungenfunktion, und die Zentren im Gehirn, die Kontrolle der Säuglinge atmen nicht voll ausgereift. Diese Faktoren erhöhen Ihr Risiko für Tropfen in das Blut Sauerstoff und anschließender Gehirn-Verletzung.

Stark betroffenen Zellen

Pasca, und Ihre Kollegen fanden heraus, dass viele Zellen in die sich entwickelnde Gehirn sind unverletzt durch Exposition gegenüber niedrigen Sauerstoff. Jedoch, die zwischen Progenitorzellen in der subventrikulären zone, eine region verantwortlich, die das Wachstum des menschlichen Kortex, die stark betroffen sind. Dies sind die Zellen, die schließlich Anlass zu Reifen Hirnzellen, EINSCHLIESSLICH Neuronen.

Die Entdeckung war möglich, weil die Stanford-Forscher bisher herausgefunden, wie man erstellen Sie dreidimensionale Zellkulturen, die mimik strukturelle und funktionelle Aspekte der Entwicklung menschlichen Gehirn. Sie nennen diese Gehirn Sphäroide.

„Die meisten der menschlichen Entwicklung des Gehirns, speziell in der zweiten und Dritten Trimester der Schwangerschaft, ist unzugänglich für direkte Studie,“ sagte senior-Autor Sergiu Pasca, MD, assistant professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften. Sergiu und Anca Pasca—, die miteinander verheiratet sind und jeder Lauf ein Labor an der Stanford—haben bisher publizierten Studien, die zeigen, dass das Gehirn elliptischen Galaxien entwickeln, die die gleichen Allgemeinen Organisation, einschließlich der tiefen und oberflächlichen Schichten des Kortex, und auf etwa der gleichen timeline, wie das sich entwickelnde menschliche Gehirn. „Es ist schon bemerkenswert, wie diese blobs von Zellen, sofern Sie mit der rechten cues, differenzieren, organisieren und Reifen in eine Schüssel,“ Sergiu Pasca sagte.

In der neuen Studie, das team wuchs Gehirn Sphäroide, bis Sie enthielten Zell-Populationen und gene-expression-Marker ähnlich wie das menschliche Gehirn Gewebe an 19-24 Wochen‘ Schwangerschaft.

Die Forscher ausgesetzt, die dieser kortikalen Sphäroide zu wenig Sauerstoff für 48 Stunden, dann wieder das Sauerstoff-Niveaus zu normal. Sie untersuchten Veränderungen in der Genexpression nach 24 und 48 Stunden in den low-Sauerstoff, wie auch 72 Stunden nach der Sauerstoff-Spiegel normalisiert hatte.

Wie erwartet, die Wissenschaftler sahen gen-expression nach 24 und 48 Stunden in Genen, die bekannt, um Antworten zu Hypoxie.

Sie sahen auch Veränderungen in der Gruppe der Gene, ausgedrückt in der subventrikulären zone, ein Gebiet Reich an Vorläuferzellen generieren, dass Neuronen in der mittleren und späten Schwangerschaft. Genauerer Analyse zeigten, dass diese Vorläuferzellen konnten nicht sterben. Eher, einer bestimmten Gruppe, die zwischen-Vorläuferzellen, wurden Differenzierung in Neuronen, die früher als normal, eine änderung, führte zu weniger Neuronen insgesamt in den Reifen Gehirn. Den Weg verantwortlich, genannt die entfaltet protein-Reaktion, ist ein stress-response-pathway, die übergänge zu den Zellen, von „Wachstum“ – Modus zu „überleben“ – Modus.

„Wir waren überrascht, aber es war eine gute überraschung“, Anca Pasca sagte. „Im Nachhinein machte es Sinn.“

Testen einer Verbindung

Die Forscher auch geprüft, ob ein kleines Molekül, das stellt Aspekte des entfalteten protein-Reaktion umkehren könnten die Sphäroide‘ Reaktion auf die niedrigen Sauerstoff. Das Molekül, genannt ISRIB, verhindert die Differenzierung intermediärer Vorläuferzellen der folgenden low-Sauerstoff-Exposition.

„Es ist aufregend, denn unsere Ergebnisse sagen uns, dass pharmakologische Manipulation dieses signalweges könnte stören hypoxischen Schädigung des Gehirns, und möglicherweise dabei helfen Schäden zu verhindern,“ Sergiu Pasca sagte.