可以通过生物电药物防止或修复开发青蛙大脑的缺陷

Medford / Somerville，Mass。（2020年5月26日） - 由塔夫茨大学的生物学家领导的研究人员发现，通过尼古丁暴露损坏的开发青蛙胚胎的大脑可以通过用呼吸恢复的某些药物治疗来修复尼古丁暴露的损坏胚胎中的生物电图案，然后在生长蝌蚪中修复正常解剖学，基因表达和脑功能。研究，今天发布神经科学的前沿，介绍了基于恢复生物电“蓝图”的干预策略，研究人员所建议的胚胎发育可以提供探索治疗药物的路线图，以帮助修复出生缺陷。

早期的研究表明，尼古丁破坏了生长胚胎的大脑中的正常电气图案，基本上地清洗或减少了生物电蓝图的对比度 - 在引导图案的细胞周围的不同电压水平的“地图”。组织和器官的生长。尼古丁在人类中拥有与产前发病率，突然的婴儿死亡，注意力缺陷超敏障碍（ADHD）以及其他赤字在认知功能，学习和记忆中，但许多问题仍然涉及该分子如何在大脑中引起结构缺陷。

作者将尼古丁施用于培养青蛙胚胎，以创造神经缺陷，旨在识别可能扭转化学物质的有害影响的特定干预措施。他们以前的研究确定了控制脑发育的自然电信带中的一个特定元素，控制脑发育，激活的循环核苷酸门控通道-2（HCN2），其能够恢复生物电图案 - 非常类似地用照片编辑工具拨打对比度- 并防止尼古丁诱导的缺陷。

这项研究中有两个主要的新发现。首先，与修改HCN2的表达的基因治疗的结果不同的工作不同，新实验表明，在不引入基因的情况下可以实现相同的效果 - 而是使用小分子药物激活HCN2频道已经存在于青蛙胚胎中。其次，研究人员证明，可以从胚胎上的远处位置重置脑部发育的电气图案化信息。

“这项研究中的实验是显着的，当我们在从大脑远处增加HCN2的表达时，在非神经区域中，大脑中的缺陷仍然被修复或预防，”说迈克尔·莱文，Vannevar布什塔夫茨大学艺术家和科学学院的生物学教授，塔夫茨省的Allen Discovery中心主任。“我们看到胚胎的一部分中的HCN2可以不仅在本地恢复生物电图案，而是在距离处恢复生物电图案。”

“他补充说，构建完全生长的动物的指示，包括作为大脑的脑部和大脑的复杂物体。““这些结果表明，我们可能不必直接瞄准受损地区，我们可以使用药物而不是遗传操作，这为生物医学部署开辟了很多机会。”

在开发胚胎中，生物电信号有助于引导组织和器官形成的图案，以及损伤后的再生。它们由电荷的离子移动进出细胞，以在细胞膜上产生电压差异。胚胎中细胞整体集合的电压差异有助于导向身体左侧和右侧之间的不对称，心脏，肌肉，四肢和面部的形成和发育，以及最复杂的生长和组织体内的器官 - 大脑。

代表胚胎的细胞的集合的计算模型证实，从尼古丁损伤中拯救正常的脑发育不需要对受损区域的特定靶向。HCN2增加了细胞的超极化（增加了内部负电荷），因此当模型被要求超极化远离大脑的小斑块组织时，该贴片可以一直传播和恢复地区的极化，使大脑一直繁殖和恢复区域，设置正常发展的阶段。

“在思考出生缺陷时，特别是涉及大脑，这些结果表明我们不需要瞄准受损的特定区域。We can place the fix almost anywhere in the embryo, and the information will communicate with the rest of the embryo to reset the body’s instructions back to normal,” said Vaibhav Pai, Ph.D., research scientist at the Allen Discovery Center at Tufts and first author of the study. “That led us to think, could we find a drug that activated HCN2, and use that to prevent defects anywhere in the embryo, or even repair defects that are already underway?”

活化HCN2的药物存在 - 甲噻嗪和加巴帕肽 - 他们已经批准了其他适应症的FDA。研究人员再次将青蛙胚胎暴露给尼古丁，然后用胚胎发育的不同阶段用药物治疗。没有用药物治疗的尼古丁暴露的胚胎导致脑缺损的约68％的蝌蚪。相比之下，用乳草甲酰胺或甘草醛治疗尼古丁暴露的胚胎导致脑缺损的显着降低（分别为脑缺损的10％和16％的蝌蚪）。

Restoration extended beyond electrical and physically observed defects, as the authors demonstrated that nicotine-exposed tadpoles treated with the drugs not only restored expression of genetic markers of normal brain development, but remarkably, exhibited normal learning capacity (e.g. training to avoid red light), which is lost in untreated nicotine-exposed tadpoles, showing a very complete rescue from molecular histology to behavior.

本研究的其他作者包括：javier cervera，专业人士，副教授瓦伦西亚，西班牙的富汗;Valerie Willocq和Emma Lederer，Zhifts Inlen Discovery Center的Levin实验室的研究助理。

该研究得到了Paul G. Allen Frientiers Group（12171），G. Harold和Leila Y. Matheraite Foundation（TFU141），Templeton世界慈善基金会（TWCF0089 / AB55），Innovacióny·埃桑德纳州的Minpleton世界慈善基金会（TWCF0089 / Ab55）（西班牙）和欧洲区域开发基金（联邦）（PGC2018-097359-B-I00）和国家健康研究院（AR055993-01，AR061988）。内容完全是作者的责任，不一定代表国家卫生研究院的官方意见。

Pai，V.，Cervera，J.，Mafe，S.，Willocq，V.，Lederer，E.和Levin，M。“HCN2通过局部和远程生物电修复诱导脑畸致血管发生的救援”神经科学的前沿2020年5月26日;DOI：10.3389 / Fncel.2020.00136

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