Ny teknik afslører ilts rejse i hjernen
Forskere kan nu følge med i, hvordan ilt bevæger sig rundt i hjernen på mus. Det kan være med til at give indsigt i sygdomme som Alzheimers, slag- og hjertetilfælde.
Den menneskelige hjerne bruger enorme mængder energi, som næsten udelukkende kommer fra en form for stofskifte, der kræver ilt.
For at det stofskifte skal fungere og altså holde hjernen sund, er det essentielt med den helt rigtige mængde og levering af ilt.
Hvordan det egentlig forgår, er stort set forblevet ‘en black boks’ for videnskaben.
Men en ny metode beskrevet i et studie udgivet i Science i dag, har skabt detaljerede og visuelt slående billeder af iltens bevægelse i hjerner på mus.
Metoden, som let kan kopieres af andre laboratorier, vil gøre forskere verden over i stand til mere præcist at studere former for hypoxi. Begrebet hypoxi dækker over, at der ikke kommer nok ilt til kroppen, og det opstår under slagtilfælde eller hjerteanfald.
Den nye metode er allerede med til at give indsigt i, hvorfor en stillesiddende livsstil øger risikoen for sygdomme som Alzheimers.
"Studiet viser, at vi kan overvåge ændringer i iltkoncentrationen kontinuerligt og i et bredt område af hjernen," siger Maiken Nedergaard, meddirektør på Center for Translationel Neuromedicin, som er baseret på både University of Rochester og Københavns Universitet.
"Det giver os et mere detaljeret billede af, hvad der sker i hjernen i realtid, hvilket giver os mulighed for at identificere tidligere uopdagede områder med midlertidig hypoxi, som afspejler ændringer i blodgennemstrømningen, der kan udløse neurologiske underskud," siger Maiken Nedergaard.
Ildfluer og serendipitet
Den nye metode anvender selvlysende proteiner, der kan beskrives som kemiske ’fætre’ til de såkaldt bioluminescerende proteiner, der findes i ildfluer. Bioluminescerende proteiner er proteiner der er med til at skabe lys i levende organismer som ildfluer.
Disse proteiner, som også er blevet brugt i kræftforskning, anvender en virus, der leverer instruktioner til cellerne om at producere et selvlysende protein i form af et enzym. Når enzymet møder et substrat kaldet furimazin, genereres lys.
Ligesom med mange andre vigtige videnskabelige opdagelser faldt forskerne bag dette nye studie ved et uheld over metoden til at følge ilt i hjernen på mus.
Felix Beinlich, adjunkt på Center for Translationel Neuromedicin på Københavns Universitet, havde oprindeligt tænkt sig at bruge de selvlysende proteiner til at måle calciumaktivitet i hjernen.
Det blev tydeligt, at der var en fejl i produktionen af et af proteinerne, hvilket medførte en måned lang forsinkelse i forskningen.
Mens Felix Beinlich ventede på en ny ‘batch’, besluttede han at gå videre med eksperimenterne for at teste og optimere overvågningssystemerne.
Han brugte derfor virusset til at levere enzymproducerende instruktioner til astrocytter, allestedsnærværende støtteceller i hjernen, der opretholder neuronernes sundhed og signaleringsfunktioner, og substratet blev sprøjtet ind i hjernen via cerebrospinalvæske.
Optagelserne afslørede aktivitet, identificeret ved en fluktuerende intensitet af bioluminescens, noget som forskerne mistænkte og senere bekræftede, afspejlede tilstedeværelsen af ilt.
"Den kemiske reaktion i dette tilfælde var iltafhængig, så det begyndte at gløde, når vi kombinerede enzymet, substratet og oxygen," siger Felix Beinlich.
Mens eksisterende iltovervågningsteknikker giver information om et meget lille område af hjernen, er forskerne nu i stand til at observere hele musenes cortex.
Intensiteten af bioluminescensen svarer til koncentrationen af ilt, hvilket forskerne påviste ved at ændre mængden af ilt i den luft, som dyrene trak vejret i. Ændringer i ilt kunne også påvise når for eksempel, musenes knurhår blev stimuleret med et pust af luft. Så lyste den tilsvarende sanseregion i hjernen op.
"Hypoxiske lommer" kunne pege på Alzheimers risiko
Hjernen kan ikke overleve længe uden ilt, et koncept demonstreret af den neurologiske skade, der hurtigt følger efter et slagtilfælde eller et hjerteanfald.
Men hvad sker der, når meget små dele af hjernen nægtes ilt i korte perioder?
Det spørgsmål blev ikke engang stillet af forskere, før holdet i Nedergaard-laboratoriet begyndte at se nærmere på de nye optagelser.
Mens de overvågede musene, observerede forskerne, at specifikke små områder af hjernen med mellemrum blev mørke, nogle gange i flere sekunder, hvilket betyder, at iltforsyningen blev afbrudt.
Ilt cirkuleres i hele hjernen via et stort netværk af arterier og mindre kapillærer - eller mikrokar - som gennemsyrer hjernevæv.
Gennem en række eksperimenter var forskerne i stand til at fastslå, at ilt blev nægtet på grund af kapillær standsning, som opstår, når hvide blodlegemer midlertidigt blokerer mikrokar og forhindrer passagen af ilt, der bærer røde blodlegemer.
De områder, som forskerne kaldte "hypoxiske lommer", var mere udbredt i hjernen på mus under en hviletilstand, sammenlignet med da dyrene var aktive. Kapillærstop menes at stige med alderen og er blevet observeret i modeller for Alzheimers sygdom.
"Døren er åben for at studere en række sygdomme forbundet med hypoxi i hjernen, herunder Alzheimers, vaskulær demens og langvarig COVID, og hvordan en stillesiddende livsstil, aldring, hypertension og andre faktorer bidrager til disse sygdomme," siger Maiken Nedergaard.
"Det giver også et værktøj til at teste forskellige stoffer og former for træning, der forbedrer vaskulær sundhed og bremser vejen til demens."
Du kan læse hele studiet “Oxygen imaging of hypoxic pockets in the mouse cerebral cortex“ i Science.
Yderligere forfattere omfatter Hajime Hirase, Antonios Asiminas, Verena Untiet, Zuzanna Bojarowska, Virginia Plá og Björn Sigurdsson fra Københavns Universitet og Vincenzo Timmel, Lukas Gehrig og Michael H. Graber fra University of Applied Sciences og Arts Northwestern Switzerland. Undersøgelsen blev støttet med midler fra National Institute of Neurological Disorders and Stroke, Dr. Miriam and Sheldon G. Adelson Medical Research Foundation, Novo Nordisk Foundation, Lundbeck Foundation, Independent Research Fund Denmark og US Army Research Office.
Kontakt
Professor Maiken Nedergaard
nedergaard@sund.ku.dk
+45 35 33 22 31
Adjunkt Felix Beinlich
felix.beinlich@sund.ku.dk
Nøgleord
Kontakter
Liva PolackPressemedarbejder
Tlf:23 68 03 89liva.polack@sund.ku.dkOm Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet
Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet på Københavns Universitet leverer international anerkendt sundhedsvidenskabelig forskning, uddannelse og innovation.
Vores vision er at flytte grænserne for erkendelse og skabe ny sundhedsvidenskabelig viden og indsigt til gavn for den fortsatte videnskabelige udvikling, for samfundet og for det enkelte individ.
Følg pressemeddelelser fra Københavns Universitet - Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Københavns Universitet - Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet
Fodbold med vennerne kan være nok til at give dig en sundere alderdom4.12.2024 06:30:00 CET | Pressemeddelelse
Moderat fysisk aktivitet kan have en beskyttende effekt på nervecellerne, og det kan bidrage til sund aldring. Og du behøver ikke dyrke konkurrencesport for at være med, viser forskning fra Københavns Universitet og Bispebjerg Hospital.
Dansk studie viser lovende resultater for KOL-patienter27.11.2024 06:30:00 CET | Pressemeddelelse
Forskere fra Københavns Universitet har i samarbejde med Bispebjerg Hospital fundet, at et B3-lignende vitamin kan mindske betændelse i lungerne hos KOL-patienter. Håbet er, at det kan føre til nye behandlingsmuligheder.
Banebrydende forskning kan føre til ny generation af vægttabsmedicin14.11.2024 05:30:00 CET | Pressemeddelelse
Forskere fra Københavns Universitet har opdaget et nyt mål for medicinsk behandling af overvægt, som ikke medfører kvalme eller tab af muskelmasse. Opdagelsen kan potentielt føre til udvikling af nye lægemidler til gavn for de millioner af mennesker, der lever med overvægt og type 2-diabetes.
Forskere udvikler nanofiberplaster til behandling af psoriasis12.11.2024 13:43:42 CET | Pressemeddelelse
Forskere på Københavns Universitet har udviklet en prototype på et plaster, der kan gøre behandlingen af psoriasis meget nemmere og mere effektiv. Teknologien bag har også potentiale til at kunne behandle andre inflammatoriske hudsygdomme.
’Vegetariske’ laks kan være vejen til bedre sundhed for mennesker og fisk15.10.2024 13:30:00 CEST | Pressemeddelelse
Vegetarisk foder til blandt andet laks skal hjælpe med at gøre produktionen af laks mere bæredygtig. Det kan give bedre fisk til aftensmaden, men viden om tarmflora kan også få betydning for mere bæredygtigt foder til andre landbrugsdyr.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum