Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Peneliti meningkatkan pemrograman ulang saraf dengan memanipulasi mitokondria – ScienceDaily


Penggantian neuron yang hilang adalah cawan suci bagi ilmu saraf. Pendekatan baru yang menjanjikan adalah konversi sel glial menjadi neuron baru. Meningkatkan efisiensi konversi atau pemrograman ulang ini setelah cedera otak merupakan langkah penting untuk mengembangkan terapi pengobatan regeneratif yang andal. Para peneliti di Helmholtz Zentrum München dan Ludwig Maximilians University Munich (LMU) telah mengidentifikasi rintangan menuju konversi yang efisien: metabolisme sel. Dengan mengekspresikan protein mitokondria yang diperkaya neuron pada tahap awal proses pemrograman ulang langsung, para peneliti mencapai tingkat konversi empat kali lebih tinggi dan secara bersamaan meningkatkan kecepatan pemrograman ulang.

Neuron (sel saraf) memiliki fungsi yang sangat penting di otak seperti pengolah informasi. Banyak penyakit otak, cedera, dan proses degeneratif saraf, yang ditandai dengan hilangnya neuron yang tidak tergantikan. Oleh karena itu, pendekatan dalam pengobatan regeneratif bertujuan untuk menyusun kembali neuron dengan transplantasi, diferensiasi sel induk atau konversi langsung jenis sel non-neuron endogen menjadi neuron fungsional.

Para peneliti di Helmholtz Zentrum München dan LMU memelopori bidang konversi langsung sel glial menjadi neuron yang mereka temukan sebelumnya. Glia adalah jenis sel paling banyak di otak dan dapat berkembang biak saat cedera. Saat ini, para peneliti dapat mengubah sel glia menjadi neuron – tetapi selama proses tersebut banyak sel mati. Ini berarti bahwa hanya sedikit sel glial yang diubah menjadi sel saraf fungsional, sehingga prosesnya tidak efisien.

Menjelajahi pendekatan baru

Magdalena Götz dan timnya menyelidiki potensi rintangan dalam proses konversi dan mengambil jalan baru: Meskipun sebagian besar penelitian berfokus pada aspek genetik dari pemrograman ulang saraf langsung, mereka memutuskan untuk mempelajari peran mitokondria dan metabolisme sel dalam proses ini. Ini terinspirasi oleh pekerjaan mereka sebelumnya yang bekerja sama dengan kelompok Marcus Conrad di Helmholtz Zentrum München yang menunjukkan bahwa sel mati karena spesies oksigen reaktif yang berlebihan dalam proses konversi.

“Kami berhipotesis bahwa jika kami dapat membantu memprogram ulang metabolisme sel glia menuju metabolisme neuron, ini dapat meningkatkan efisiensi konversi,” jelas Gianluca Russo, penulis pertama studi tersebut. Berdasarkan data mereka sebelumnya, para peneliti berfokus pada mitokondria, pembangkit tenaga listrik sel. Kelompok tersebut mengekstraksi mitokondria dari neuron dan astrosit (jenis sel glia tertentu) tikus dan membandingkannya dengan mempelajari protein mereka bekerja sama dengan kelompok pakar proteomik Stefanie Hauck di Helmholtz Zentrum München. Secara mengejutkan, mereka menemukan bahwa mitokondria neuron dan astrosit berbeda dalam 20 persen proteom mereka. Artinya antara astrosit dan neuron setiap kelima protein mitokondria berbeda.

Neuron yang diprogram ulang mengaktifkan protein mitokondria yang diperkaya neuron pada tahap akhir

“Mengetahui betapa berbedanya proteom mitokondria neuron dari astrosit, kami perlu melihat apakah dan kapan neuron yang berubah dari astrosit benar-benar memperoleh proteom mitokondria dari sebuah neuron atau tidak,” kata Giacomo Masserdotti, salah satu penulis penelitian terakhir. Dalam proses pemrograman ulang standar, sel glia seperti astrosit diubah menjadi neuron dalam beberapa hari dan berkembang menjadi neuron fungsional dalam dua minggu. “Sangat mengejutkan bahwa sel menunjukkan protein mitokondria, yang khas untuk neuron, relatif terlambat dalam proses pemrograman ulang, hanya setelah satu minggu. Karena sebagian besar sel mati sebelum waktu ini, ini bisa menjadi rintangan. Selain itu, sel yang gagal menjadi diprogram ulang, masih mengekspresikan protein mitokondria yang diperkaya astrosit. ” Dengan wawasan baru ini, para peneliti berhipotesis bahwa kegagalan mengaktifkan protein mitokondria saraf mungkin menghalangi proses konversi.

Meningkatkan dan mempercepat konversi melalui metabolisme

Untuk mengatasi rintangan ini, kelompok tersebut menggunakan teknologi CRISPR / Cas9 bekerjasama erat dengan kelompok Stefan Stricker dan Wolfgang Wurst di Helmholtz Zentrum München. Dengan alat aktivasi gen baru yang dikembangkan oleh kelompok ini, protein mitokondria yang diperkaya dengan neuron dapat diaktifkan pada tahap awal dari proses pemrograman ulang astrosit menjadi neuron. Dengan memanipulasi satu hingga dua protein mitokondria saja, para peneliti memperoleh neuron yang diprogram ulang empat kali lebih banyak. Selain itu, neuron muncul dan menjadi lebih cepat, seperti yang ditunjukkan oleh pencitraan langsung secara terus menerus.

“Saya kagum bahwa mengubah ekspresi beberapa protein mitokondria sebenarnya mendorong kecepatan pemrograman ulang,” kata Magdalena Götz, penulis utama studi tersebut. “Ini menunjukkan betapa pentingnya perbedaan spesifik-jenis sel dari protein mitokondria. Dan memang, bersama dengan pakar proteom kami di Helmholtz Munich, kami menemukan lebih jauh perbedaan organel antara jenis sel yang mencapai hingga 70 persen. Ini akan membuka jalan. untuk lebih meningkatkan neuron yang diprogram ulang agar menyerupai neuron endogen sebanyak mungkin juga setelah cedera otak in vivo. “

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP