科学家发现了在大脑中分布信使物质的流动网络

2019-03-11 15:10:20

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  科学家发现了在大脑中分布信使物质的流动网络

  2016年7月11日

  我们都在某些方面碰到了头脑,这些事件通常都是无害的。这要归功于我们大脑中充满液体的腔室,可抵消轻微的撞击和颠簸,并为我们神经系统的敏感成分提供填充物。然而,脑液不仅具有保护功能:它可以去除细胞废物,为我们的神经组织提供营养,并运输重要的信使物质。然而,直到现在还不清楚这些信使物质如何实际传递到大脑中的目的地。总部位于哥廷根的Max Planck研究人员现已发现,特殊细胞表面的微小纤毛可能会引领潮流。通过同步的打浆运动,它们形成了复杂的动态流动网络,其作用类似于传送分子“货物”的传送带。科学家们获得的结果表明,这些流动将信使物质直接送到需要的地方。

  我们身体内的特殊细胞表面上的数以百万计的纤毛实际上使这成为一种毛茸茸的事情。 Cilia释放我们的尘埃,粘液和病原体的气道,通过输卵管输送卵细胞,并帮助精子向前移动。我们大脑中的四个腔室,即所谓的脑室,内衬着一层高度特化的细胞,细胞表面覆盖着纤毛束。虽然每一个只有几千分之一毫米,但数百个它们一致打击可以产生强大的流量。

  马克斯普朗克生物物理化学研究所的Gregor Eichele和​​Regina Faubel,以及Max Planck动力学和自组织研究所的Eberhard Bodenschatz和Christian Westendorf,现已成功地使这些流动的复杂网络在孤立的脑室中可见组织。对于他们的实验,哥廷根的研究人员集中在第三脑室,它嵌入下丘脑。 “下丘脑是一个非常重要的控制中心,调节循环系统,体温,性行为,食物摄入和荷尔蒙平衡等功能。令人惊讶的是,有一种复杂的运输系统往返于下丘脑,用于通过脑液分配信使物质,“ Max Planck生物物理化学研究所基因与行为系主任Gregor Eichele解释说。

  荧光球在显微镜下

  然而,在显微镜下不能直接观察到流体的运动。为了使运动可视化,Eichele部门的Regina Faubel使用来自小鼠的孤立脑室组织开发了一种新的实验方法。在培养皿中,科学家向神经组织注射微小的荧光颗粒,随后随培养基移动作为示踪剂。然后,她在显微镜下记录了神经组织内每个粒子的路径。在她的同事Christian Westendorf专门开发的计算机程序的帮助下,研究人员最终将大量数据结合起来创建了一张可以进行科学分析的图片。

  相关故事研究提出致死性脑癌的新治疗策略研究人员确定厌恶的大脑途径研究人员报告了治疗侵袭性脑肿瘤的进展“在这些图像中,我们可以看到脑室内流体路径的复杂网络。

   然而,与流过我们血管的血液相反,这些路径不受墙壁的限制。因此,对我们来说令人兴奋的问题是:流动模式是否仅由纤毛的同步跳动产生?报道该研究的第一作者Regina Faubel报道。然后研究人员拍摄了纤毛,然后确定了殴打的方向以及由此产生的流动。 “我们的实验表明,流动实际上只是由纤毛的运动产生的。它们就像传送带一样,因此是将信使物质运送到大脑中正确位置的理想方式。马克斯普朗克动力学和自组织研究所流体动力学,模式形成和生物复杂性系主任Eberhard Bodenschatz说。 “这些流动也可以有助于局部地限制物质,因为彼此流动的流体路径可以像障碍物那样起作用”。该研究的第二作者Christian Westendorf补充道。

  改变流向

  然而,与我们每天乘汽车或自行车旅行的道路网络相比,这些流体路径决不是刚性的。令研究人员惊讶的是,纤毛在时间节奏上改变了跳动的方向。这是一个很大的惊喜,因为根据流行的思想流派,纤毛殴打的方向无法改变。

  “在人类的脑液中,有数百种 - 如果不是数千种 - 生理活性物质,” Eichele解释道。 “我们假设我们发现的流量网络在分配这些物质方面发挥着重要作用。在其他实验中,我们想看看通过流动输送哪些信使物质,以及它们最终沉积在组织中的位置“。 “但对纤毛流体动力学物理学的理解本身也是一个研究目标,” Bodenschatz补充道。

  来源:马克斯 - 普朗克GESELLSCHAFT