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Blinde Kaulquappen lernen mit Augäpfeln am Hintern zu sehen

2022

Einen ganzen Augapfel zu verpflanzen ist schwierig. In der Tat so hart, dass es noch nie gemacht wurde. Damit ein Auge in den Buchsen eines neuen Wirts richtig arbeiten kann, muss es über den empfindlichen Sehnerv mit dem Zentralnervensystem verbunden sein. Dies ist leichter gesagt als getan, wenn sowohl die Spender- als auch die Empfängernervenenden durch das Virus beschädigt wurden Entnahme des Organs.

Laut einer am Donnerstag in Nature Regenerative Medicine veröffentlichten Studie müssen Sie den fragilen Sehnerv möglicherweise überhaupt nicht in die Gleichung einbeziehen. Augen - und vielleicht auch andere Sinnesorgane - können sich an jeden verfügbaren Zentralnervensystem-Port anschließen und bei richtiger Handhabung sofort hochfahren. Forscher des Allen Discovery Centers an der Tufts University konnten blinde Kaulquappen erkennen, indem sie Augen auf ihre Schwänze pfropften.

Der korrespondierende Autor Michael Levin ist nichts Neues für Frankenstein-artige Körpermanipulationen. In einer kürzlich erschienenen Ausgabe der Zeitschrift Popular Science beschäftigte er sich mit der "Umverdrahtung" von Fröschen, damit diese zusätzliche Gliedmaßen bekommen - eine Leistung, die seiner Meinung nach eines Tages auf den menschlichen Körper übertragen werden könnte. Er und seine Kollegen untersuchen, wie Zellen auf die elektrischen Signale des Körpers reagieren und wie diese Signale ihr Wachstum und Verhalten bestimmen. Durch die Optimierung dieser Signale möchten sie dazu beitragen, den menschlichen Körper an unsere Bedürfnisse anzupassen. In der neuesten Studie, die von dem Postdoktoranden Douglas Blackiston geleitet und vom Studenten Vien Khahn mitgetragen wurde, wird untersucht, wie diese elektrischen Signale angepasst werden können, um den Körper zu ermutigen, eine neue Anatomie anzunehmen.

"Wir stellen Fragen zur Plastizität des Gehirns", sagt Levin. "Wenn Sie anatomische Veränderungen im Körperplan vornehmen, wie kann sich das Gehirn darauf einstellen?"

Im Wesentlichen hoffen Levin, Blackiston und ihre Kollegen, die neurologische Verbindung zwischen einem Spendertransplantat und dem Gehirn des Empfängers zu verbessern. Für Sinnesorgane ist dies von entscheidender Bedeutung: Das Organ muss in der Lage sein, Sinnesinformationen aufzunehmen und an das Gehirn zu senden, aber das Gehirn muss auch in der Lage sein, diese Sinnesinformationen als solche zu erkennen. Sie würden zum Beispiel nicht erwarten, dass ein Auge, das an der Basis des Rückenmarks befestigt ist, erfolgreich visuelle Eingaben an das Gehirn sendet und das Gehirn es als solches verarbeiten lässt.

Aber als die Forscher kleine Froschaugen auf blinde Kaulquappenschwänze pfropften, passierte genau das - nach einem kleinen Eingriff.

Eine frühere Studie hatte gezeigt, dass Wissenschaftler durch die Kontrolle des elektrischen Zustands der neuen Umgebung des Augapfels einen Nervenanstieg und eine Nervenaktivität stimulieren konnten. Aber das Sehen aus diesen Augen war immer noch mies. In der neuen Studie nahmen die Forscher neue Informationen darüber, wie Zellen die elektrische Umgebung um sie herum lesen - indem sie den Neurotransmitter Serotonin mit benachbarten Zellen austauschten - und hackten das System. Und sie machten es mit einer menschenfreundlichen Droge: einem Migränemedikament.

"Einer der großen Punkte hier ist, dass es dieses riesige Toolkit an Medikamenten gibt, die für neurologische oder kardiologische Probleme verwendet werden und eine enorme Ressource für die regenerative Medizin darstellen", sagt Levin Drogenmenschen nehmen das aktiviert es. "

Während nur 11 Prozent der Kaulquappen, die das Medikament nicht erhielten, in ihren neuen Augen eine Farberkennung erlangten, taten dies 29 Prozent, die das Serotonin-beeinflussende Medikament erhielten. (Nur 67 Prozent der Kaulquappen mit normalen Augen schafften es.) Tests zeigten, dass die Kaulquappen nicht nur Farbe, sondern auch Formen und Bewegung sahen. Kaulquappen mit unbehandelten Augentransplantaten schnitten im Bewegungstest nicht viel besser ab als ihre blinden Brüder - 38 Prozent bzw. 32 Prozent bestanden, verglichen mit einer Erfolgsquote von 80 Prozent bei sehenden Kaulquappen. Bei der Behandlung mit dem Migränemedikament konnten 57 Prozent der Kaulquappen mit transplantierten Augen der Bewegung folgen.

"Sie hatten wirklich eine wahre Vision", sagt Levin. "Das ist wirklich bemerkenswert, dass das Gehirn, das normalerweise visuelle Eingaben von einer Stelle im Kopf erwartet, diese von einem Punkt am Schwanz nehmen und korrekt verarbeiten kann." Es stellt sich die Frage, wie das Gehirn es überhaupt als visuelle Information erkennt. "

Für Levin war eine der wichtigsten Erkenntnisse, dass das Medikament das übermäßige Nervenwachstum zum Wohle des Augapfels stimulierte, die Nerven im übrigen Körper jedoch nicht zu beeinträchtigen schien.

„Das ist enorm wichtig, denn medizinisch sollte es weniger Nebenwirkungen geben, sagt Levin.“ Sie werden das normale Nervensystem nicht überwältigen. Und wenn Sie darüber nachdenken, lässt die Tatsache, dass der Nervus ectopicus aufpasst, während die normale Innervation nicht darauf schließen, dass diese Zellen tatsächlich wissen, ob sie sich am richtigen Ort befinden. "

Vielleicht, fügt er hinzu, wenn Sie ein Sehnerv sind, der irgendwo in der Flanke sitzt, können Sie feststellen, dass Sie nicht am richtigen Ort sind, und so achten Sie auf die elektrische Umgebung und wachsen dementsprechend. "Dies könnte Auswirkungen auf die Behandlung haben Bestimmte Geburtsfehler oder Krebserkrankungen, so vermutet er, führen dazu, dass Zellen, die am falschen Ort auftauchen und wachsen, den Körper in Schwierigkeiten bringen.

Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, bessere Ergebnisse für Empfänger gespendeter oder im Labor hergestellter Organe zu erzielen - und nicht nur für Augäpfel.

„Ich wurde von vielen Leuten angerufen, um über Augentransplantationen zu sprechen, aber das Wichtigste ist, dass es weit über die Augen von Levin hinausgeht.“ Es geht darum, die Neurokonnektivität zwischen einem Transplantat und seinem Wirt zu kontrollieren . Es ist alles anwendbar. "

In der Theorie könnte eine ähnliche Technik verwendet werden, um jedes Organ mit mehr Erfolg auf den Körper zu schlagen.

"Wir haben keine Ahnung, wie wir eine Netzhaut mit dem Gehirn verbinden würden, und wenn Sie ein Ohr ersetzen wollten, müssten Sie an der Universität von Iowa ein großes Stück des Schädels Bernd Fritzsch herausschneiden, der ähnliche Arbeit leistet, es aber war "Diese Arbeit legt nahe, dass dies möglicherweise nicht notwendig ist - Sie könnten beispielsweise das Organ auf den Hals legen und es mit dem Rückenmark verbinden. Es mag lustig aussehen, aber es könnte immer noch funktionieren. "

Und auf lange Sicht, so Levin, könnte die Arbeit wunderbar seltsame Anwendungen im Bereich des elektiven Bioengineerings haben.

„Das ist wirklich Science-Fiction-Kram, aber eines Tages wird es Menschen geben, die ihre Biologie jenseits der normalen menschlichen Anatomie modifizieren.“ Die Menschen möchten möglicherweise mehr Augen, sie möchten möglicherweise verschiedene Arten von Augen, sie möchten möglicherweise auf dem Mars leben oder unter wasser. Und das Gehirn muss sich darauf einstellen. "

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