Lisa Beutler, MD, Ph.D., Trợ lý Giáo sư Y khoa về Nội tiết, Trường Y Feinberg, Đại học Northwestern, Chicago, IL
Khám phá động lực học đường ruột-não cơ bản gây ra chứng biếng ăn
Cho ăn là cốt lõi của sự tồn tại của động vật, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi ruột và não liên lạc liên tục để điều phối lượng thức ăn phù hợp và trọng lượng cơ thể ổn định. Tuy nhiên, khi bị viêm, hệ thống này có thể bị phá vỡ. Một trong những dấu hiệu nhận biết của chứng biếng ăn liên quan đến viêm (không nên nhầm lẫn với chứng chán ăn tâm thần) là giảm cảm giác thèm ăn, có thể nghiêm trọng đến mức gây suy dinh dưỡng. Các liệu pháp hiện tại - bao gồm dinh dưỡng được cung cấp qua đường IV và ống nuôi dưỡng qua đường ruột - có thể làm giảm chất lượng cuộc sống và gây ra những hậu quả nghiêm trọng.
Tiến sĩ Beutler hướng tới việc sử dụng các kỹ thuật quan sát và thao tác thần kinh tiên tiến để mổ xẻ các cơ chế cơ bản liên quan đến chứng chán ăn do viêm. Nhóm của Beutler sẽ sử dụng hình ảnh canxi để tiết lộ tác động của từng cytokine (tín hiệu được giải phóng trong quá trình viêm) đối với các nhóm tế bào thần kinh liên quan đến thức ăn cụ thể. Nhóm của cô ấy cũng sẽ sử dụng các công cụ di truyền tiên tiến để cố gắng ghi đè các tín hiệu 'không ăn' không phù hợp do viêm nhiễm nghiêm trọng. Cuối cùng, cô ấy sẽ nghiên cứu cách các mô hình cụ thể của bệnh viêm thay đổi phản ứng thần kinh đối với lượng chất dinh dưỡng.
Nghiên cứu của Beutler sẽ là nghiên cứu đầu tiên nghiên cứu các quá trình cụ thể ở mức độ chi tiết này trong một cơ thể sống. Bằng cách xác định các mục tiêu thần kinh chính xác của quá trình giải phóng cytokine, và giải mã cách điều này điều chỉnh sự thèm ăn, Beutler hy vọng sẽ xác định được các mục tiêu điều trị đối với tình trạng suy dinh dưỡng liên quan đến các bệnh viêm nhiễm. Hơn nữa, phòng thí nghiệm của cô ấy nhằm mục đích tạo ra một lộ trình của tín hiệu miễn dịch ruột-não-có thể có ý nghĩa chính không chỉ trong việc điều trị chứng biếng ăn do viêm mà còn cho nghiên cứu chuyển hóa và nuôi dưỡng trong tương lai.
Ngày Jeremy, Bằng tiến sĩ., Phó Giáo sư, Khoa Sinh học Thần kinh, Trường Y Heersink, Đại học Alabama - Birmingham; và Ian Maze, Bằng tiến sĩ., Giáo sư - Khoa Khoa học Thần kinh và Dược lý, Giám đốc - Trung tâm Kỹ thuật Biểu tượng Thần kinh, Trường Y Icahn tại Mount Sinai, Thành phố New York
Tận dụng các biểu thể tế bào đơn để thao túng có mục tiêu các quần thể được kích hoạt bằng thuốc
Nghiện ma tuý là một vấn đề nghiêm trọng đối với cá nhân và toàn xã hội. Mặc dù đã có những nghiên cứu đáng kể về việc hiểu và điều trị chứng nghiện, nhưng 60% trong số những người được điều trị sẽ bị tái nghiện. Trên thực tế, sự thèm muốn ma túy thực sự có thể tăng lên theo thời gian, tiềm ẩn trong những người đã nghiện ngay cả khi không tiếp tục tiếp xúc với ma túy. Tiến sĩ Day và Tiến sĩ Maze nhằm mục đích nghiên cứu chứng nghiện ở một cấp độ mới - đi sâu vào các tác động biểu sinh của việc sử dụng ma túy đối với các tế bào cụ thể ở cấp độ tế bào đơn lẻ, và làm thế nào chúng có thể khiến một đối tượng tái nghiện.
Nghiên cứu sơ bộ đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với thuốc theo thời gian sẽ làm thay đổi cách biểu hiện của các gen. Về bản chất, ma túy có thể chiếm đoạt các yếu tố điều hòa di truyền được gọi là “chất tăng cường”, khi được kích hoạt sẽ gây ra một số gen nhất định được biểu hiện trong tế bào não thúc đẩy đối tượng tìm kiếm các loại thuốc này. Day and Maze đã thiết kế một dự án để xác định các chất tăng cường này theo kiểu tế bào cụ thể được kích hoạt (hoặc không được chuyển hóa) bởi cocaine - một chất kích thích đã được nghiên cứu và hiểu rõ - sau đó tạo và chèn các vectơ virus vào các tế bào chỉ hoạt động trong sự hiện diện của chất tăng cường không được biên dịch đó. Sử dụng chiến lược này, vectơ virus sẽ chỉ biểu hiện hàng hóa của nó trong các quần thể tế bào bị ảnh hưởng bởi cocaine và cho phép các nhà nghiên cứu kích hoạt hoặc vô hiệu hóa tế bào bị ảnh hưởng về mặt quang học hoặc hóa trị.
Với điều này, Day and Maze sẽ xáo trộn các nhóm để điều tra tác động của họ đối với hành vi tìm kiếm ma túy trong một mô hình gặm nhấm tự quản lý cocaine vô độ. Công trình của họ dựa trên những tiến bộ gần đây trong khả năng nhắm mục tiêu các tế bào riêng lẻ và các nhóm tế bào nhỏ, thay vì toàn bộ quần thể tế bào hoặc loại tế bào như đã là trọng tâm của nghiên cứu trước đó. Bây giờ có thể tập trung vào vai trò của các tế bào cụ thể, hy vọng là các phương pháp điều trị tốt hơn có thể được phát triển để giải quyết các gốc rễ di truyền của chứng nghiện và tái nghiện, và không có tác dụng phụ tiêu cực của việc thao túng các quần thể tế bào não lớn hơn, ít mục tiêu hơn.
Stephan Lammel, Tiến sĩ, Phó Giáo sư Sinh học Thần kinh, Đại học California - Berkeley
Neurotensin điều chỉnh trung gian của hành vi ăn uống khoái lạc và béo phì
Bộ não bị ám ảnh bởi việc tìm kiếm và tiêu thụ thức ăn. Khi tìm thấy thực phẩm giàu calo - hiếm trong tự nhiên - động vật sẽ tiêu thụ nhanh theo bản năng. Đối với những người sẵn sàng tiếp cận với thực phẩm giàu calo, bản năng đôi khi dẫn đến ăn quá nhiều, béo phì và các vấn đề sức khỏe liên quan. Nhưng nghiên cứu cũng chỉ ra rằng trong một số trường hợp, xu hướng ăn thức ăn có hàm lượng calo cao có thể giảm đi khi thức ăn đó luôn có sẵn. Tiến sĩ Lammel tìm cách xác định các quá trình thần kinh và các vùng não liên quan đến hành vi cho ăn như vậy và quy định của nó.
Các nghiên cứu trong nhiều năm đã liên kết việc cho ăn với vùng dưới đồi, một phần cổ và sâu của não. Tuy nhiên, bằng chứng cũng chỉ ra vai trò của các trung tâm khen thưởng và khoái cảm của não bộ. Nghiên cứu sơ bộ của Lammel đã phát hiện ra rằng các liên kết từ vùng nhân bên (NAcLat) đến khu vực đuôi bụng (VTA) là trung tâm của việc cho ăn theo chủ nghĩa khoái lạc - kích hoạt liên kết quang di truyền dẫn đến việc tăng cường ăn các loại thực phẩm giàu calo, nhưng không phải thức ăn thông thường. Một nghiên cứu khác đã xác định amino acid neurotensin (NTS) đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động ăn uống, bên cạnh các vai trò khác.
Nghiên cứu của Lammel tìm cách vạch ra mạch và vai trò của các bộ phận khác nhau của não dẫn động vật ăn theo kiểu khoái lạc cũng như vai trò của NTS, được thể hiện trong NAcLat. Các đối tượng được trình bày với chế độ ăn bình thường hoặc chế độ ăn thạch giàu calo, và hoạt động trên con đường NAcLat-to-VTA được ghi lại và lập bản đồ cho các hành vi cho ăn. Anh ấy cũng sẽ theo dõi những thay đổi theo thời gian khi tiếp xúc lâu với thực phẩm theo chủ nghĩa khoái lạc. Nghiên cứu sâu hơn sẽ xem xét những thay đổi về sự hiện diện của NTS trong tế bào và sự hiện diện của nó với số lượng khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến chức năng tế bào. Bằng cách hiểu các con đường và cơ học phân tử liên quan đến việc cho ăn và béo phì, công trình này có thể đóng góp vào những nỗ lực trong tương lai giúp kiểm soát bệnh béo phì.
Lindsay Schwarz, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư về Sinh học Thần kinh Phát triển, Bệnh viện Nghiên cứu Trẻ em St. Jude, Memphis, TN
Xác định các mạch não kết nối giữa hô hấp và trạng thái nhận thức
Hít thở là tự động ở động vật, nhưng không giống như các chức năng thiết yếu có thể so sánh được khác - nhịp tim, tiêu hóa, v.v. - động vật có thể kiểm soát hơi thở một cách có ý thức. Hít thở cũng gắn liền với trạng thái cảm xúc và tinh thần theo hai chiều: tác nhân kích thích cảm xúc có thể gây ra thay đổi trong nhịp thở, nhưng thay đổi nhịp thở một cách có ý thức cũng đã được chứng minh là ảnh hưởng đến trạng thái của tâm trí. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Schwarz nhằm mục đích xác định các tế bào thần kinh liên quan đến hô hấp nào được kích hoạt một cách có chọn lọc bởi các dấu hiệu sinh lý và nhận thức, đồng thời lập bản đồ các vùng não mà chúng kết nối với. Nghiên cứu này có thể hữu ích trong việc nghiên cứu nhiều loại rối loạn thần kinh khác nhau khi hô hấp bị ảnh hưởng, chẳng hạn như hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh (SIDS), ngưng thở khi ngủ trung ương và rối loạn lo âu.
Schwarz nhằm mục đích tận dụng những tiến bộ trong việc gắn thẻ thần kinh để nghiên cứu những tế bào thần kinh này, nằm sâu trong thân não, theo truyền thống rất khó để cô lập và ghi lại in vivo. Nhưng với việc gắn thẻ hoạt động, Schwarz có thể xác định các tế bào thần kinh được kích hoạt trong quá trình hô hấp bẩm sinh so với hoạt động hô hấp tích cực. Đối với trường hợp thứ hai, các đối tượng bị điều hòa bởi một kích thích căng thẳng khiến họ bị đông cứng và thay đổi nhịp thở. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra các tế bào thần kinh được gắn thẻ để xác định cái nào đang hoạt động trong các đối tượng được điều hòa và giải quyết xem liệu những tế bào thần kinh này có trùng lặp với các tế bào thần kinh hoạt động trong quá trình hô hấp bẩm sinh hay không.
Mục đích thứ hai là xác định danh tính phân tử của các tế bào thần kinh liên quan đến hô hấp được kích hoạt trong quá trình điều hòa để hiểu chính xác hơn tế bào nào là một phần của mạch thở. Cuối cùng, sau khi xác định được các tế bào thần kinh đó, Schwarz sẽ sử dụng các phương pháp tiếp cận vectơ vi-rút do các nhà nghiên cứu khác phát triển để xác định các phần của não mà các tế bào được kích hoạt đó kết nối với. Việc xác định mối liên hệ giữa các trạng thái của não và nhịp thở, sự chồng chéo của các mạch thở có ý thức và vô thức, cũng như mối liên hệ giữa hơi thở và một số bệnh nhất định có thể đặt nền tảng cho các liệu pháp tốt hơn cũng như hiểu biết đầy đủ hơn về cách thức hoạt động của các chức năng cơ bản nhất của chúng ta.
2021-2024
Rui Chang, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Khoa Khoa học Thần kinh và Sinh lý Tế bào và Phân tử, Trường Y Đại học Yale
Sreeganga Chandra, Bằng tiến sĩ. Phó giáo sư, Khoa Thần kinh và Khoa học Thần kinh, Trường Y Đại học Yale
Từ ruột đến não: Hiểu được sự lây lan của bệnh Parkinson
Bệnh Parkinson là một căn bệnh thoái hóa thần kinh được biết đến rộng rãi nhưng vẫn còn bí ẩn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống. Hiện vẫn chưa rõ chính xác căn bệnh khởi phát như thế nào, nhưng nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng ít nhất một số trường hợp Parkinson bắt nguồn từ ruột và lan truyền đến não qua dây thần kinh phế vị, một dây thần kinh nhiều mặt, phức tạp, dài, kết nối nhiều cơ quan với não.
Tiến sĩ Chang và Tiến sĩ Chandra đang đưa cái nhìn sâu sắc về truyền từ ruột đến não này lên cấp độ tiếp theo với nghiên cứu của họ. Hai mục đích đầu tiên của họ là tìm cách xác định chính xác quần thể tế bào thần kinh phế vị nào truyền bệnh Parkinson và quá trình tương tác giữa ruột và những tế bào thần kinh này. Thí nghiệm sử dụng một mô hình chuột, tiêm các protein có thể gây ra bệnh Parkinson, và một quy trình mới để gắn thẻ và loại bỏ chọn lọc (đóng cửa) các loại tế bào thần kinh cụ thể. Thông qua các thí nghiệm trong đó một số tế bào thần kinh bị cắt bỏ, protein được đưa vào và những con chuột được kiểm tra bệnh Parkinson, nhóm nghiên cứu sẽ thu hẹp các ứng viên cụ thể. Trong mục tiêu thứ ba, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ khám phá ra cơ chế mà căn bệnh này được vận chuyển ở cấp độ phân tử trong các tế bào thần kinh.
Nghiên cứu là một nỗ lực hợp tác liên ngành dựa trên kinh nghiệm của Tiến sĩ Chang nghiên cứu hệ thống dây thần kinh phế vị và ruột cũng như chuyên môn của Tiến sĩ Chandra về Bệnh Parkinson và bệnh lý của nó. Người ta hy vọng rằng với sự hiểu biết tốt hơn, chính xác hơn về cách thức bệnh đến não, có thể xác định các mục tiêu mới ở xa não hơn để điều trị chính xác hơn, cho phép điều trị trì hoãn hoặc giảm sự khởi phát của bệnh Parkinson mà không gây hại cho não hoặc ảnh hưởng đến nhiều chức năng quan trọng khác của dây thần kinh phế vị đặc biệt phức tạp hoặc hệ thống ruột.
Rainbo Hultman, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư, Khoa Sinh lý Phân tử và Lý sinh, Viện Khoa học Thần kinh Iowa - Đại học Y Carver, Đại học Iowa
Kết nối điện toàn bộ não trong chứng đau nửa đầu: Hướng tới sự phát triển của phương pháp trị liệu dựa trên mạng
Chứng đau nửa đầu là một chứng rối loạn lan rộng, thường gây suy nhược. Nó phức tạp và nổi tiếng là khó điều trị; những người mắc phải có các triệu chứng khác nhau, thường gây ra bởi quá mẫn cảm giác, có thể bao gồm đau, buồn nôn, suy giảm thị lực và các tác dụng khác. Chứng đau nửa đầu ảnh hưởng đến nhiều phần liên kết với nhau của não, nhưng không phải lúc nào cũng theo cùng một cách và các phương pháp điều trị thường không có tác dụng giống nhau từ người này sang người khác. Nghiên cứu của Tiến sĩ Hultman đề xuất kiểm tra chứng đau nửa đầu bằng cách sử dụng các công cụ mới với mục đích soi ra những hướng điều trị mới.
Nghiên cứu được xây dựng dựa trên việc nhóm của cô khám phá ra các yếu tố điện tử, các phép đo mô hình hoạt động điện trong não gắn với các trạng thái não cụ thể. Sử dụng thiết bị cấy ghép để đo hoạt động của não trong các mô hình chuột đại diện cho cả chứng đau nửa đầu cấp tính và mãn tính, nhóm của cô sẽ quan sát phần nào của não chuột được kích hoạt và theo trình tự nào trên thang mili giây lần đầu tiên. Máy học sẽ giúp tổ chức dữ liệu thu thập được và bản đồ điện tử được tạo có thể được sử dụng để giúp xác định các phần của não bị ảnh hưởng và điện thế thay đổi như thế nào theo thời gian, đặc biệt là khi bắt đầu bệnh mãn tính. Thí nghiệm cũng kiểm tra các mô hình hoạt động điện gắn liền với phản ứng hành vi; ví dụ, các tín hiệu điện quan sát được trong não của một đối tượng tìm cách tránh ánh sáng chói có thể đưa ra cách dự đoán các phản ứng nghiêm trọng hơn đối với chứng đau nửa đầu.
Phần thứ hai trong nghiên cứu của Tiến sĩ Hultman sau đó sẽ sử dụng các công cụ tương tự để xem xét cách thức hoạt động của các liệu pháp điều trị và dự phòng. Các yếu tố điện học của các đối tượng được điều trị bằng các phương pháp trị liệu này sẽ được thu thập và so sánh với các đối chứng để xác định những phần nào của não bị ảnh hưởng và theo cách nào, giúp tiết lộ tác dụng của từng phương pháp điều trị / dự phòng, cũng như tác động của việc lạm dụng thuốc gây đau đầu, a Tác dụng phụ thường gặp ở những người bị đau nửa đầu, những người tìm cách kiểm soát tình trạng của họ.
Gregory Scherrer, Tiến sĩ, Phó Giáo sư, Khoa Sinh học và Sinh lý Tế bào, Trung tâm Khoa học Thần kinh UNC, Đại học Bắc Carolina
Làm sáng tỏ cơ sở thần kinh của chứng khó chịu đau: Mạch và phương pháp điều trị mới để chấm dứt đại dịch kép của đau mãn tính và nghiện opioid
Đau là cách bộ não của chúng ta cảm nhận các kích thích có hại tiềm ẩn, nhưng nó không phải là một trải nghiệm đơn lẻ. Nó đa chiều, liên quan đến việc truyền từ dây thần kinh đến tủy sống và não, xử lý tín hiệu, kích hoạt hành động phản xạ và sau đó theo dõi hoạt động thần kinh liên quan đến các hành động làm dịu cơn đau trong thời gian ngắn và các quá trình học tập phức tạp để tránh nó trong tương lai.
Đau đớn cũng là cốt lõi của điều mà Tiến sĩ Scherrer coi là hai bệnh dịch có liên quan với nhau: đại dịch đau mãn tính, ảnh hưởng đến khoảng 116 triệu người Mỹ và đại dịch opioid do lạm dụng các loại thuốc mạnh và thường gây nghiện để điều trị. Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Scherrer đang muốn tìm hiểu chính xác cách bộ não mã hóa cảm giác khó chịu của cơn đau. Nhiều loại thuốc tìm cách ảnh hưởng đến cảm giác khó chịu đó nhưng thường quá mạnh và cũng kích hoạt phần thưởng và mạch thở, dẫn đến nghiện (và do lạm dụng kéo dài) và ngừng hô hấp gây tử vong liên quan đến opioid.
Nhóm của Tiến sĩ Scherrer sẽ tạo ra một bản đồ toàn bộ não về các mạch cảm xúc đau bằng cách sử dụng bẫy gen và ghi nhãn các tế bào thần kinh được kích hoạt bởi cơn đau bằng các dấu hiệu huỳnh quang. Thứ hai, các tế bào não đã được kích hoạt sẽ được tách ra và mã di truyền của chúng sẽ được giải trình tự, tìm kiếm các thụ thể phổ biến trên các tế bào có thể là mục tiêu điều trị. Cuối cùng, nghiên cứu sẽ điều tra các hợp chất trong thư viện hóa học được thiết kế để tương tác với bất kỳ thụ thể mục tiêu nào đã được xác định; ảnh hưởng của những hợp chất này đối với sự khó chịu của cơn đau; và liệu các hợp chất này có nguy cơ sử dụng quá mức hoặc ảnh hưởng đến hệ hô hấp hay không. Cuối cùng, mục đích là giúp tìm ra những cách tốt hơn để giảm bớt tất cả các loại đau và cải thiện hạnh phúc và chất lượng cuộc sống của những bệnh nhân trải qua nó.