生物电解可以修复和预防培养的青蛙脑中的缺陷

尼古丁诱导的青蛙胚胎脑（中枢）中的缺陷可以通过移植在胚胎上的胚胎上移植到大脑上的胚胎上来拯救。观察到治疗的胚胎具有正常的脑形态和功能（右）。正常胚胎头的视图显示在左侧。当用离子药物处理尼古丁暴露的胚胎时，可以看到类似的结果。（FB =前脑; MB =中脑; HB =后脑）。

研究人员建议发现提供了一种探索治疗药物的路线图，可以帮助修复人类的出生缺陷。

由塔夫茨大学的生物学家领导的研究人员发现，尼古丁暴露损坏的开发青蛙胚胎的脑子可以通过用某些被称为“离子”的药物来修复，这些药物可以在胚胎中恢复生物电影，然后修复正常解剖学，生长蝌蚪基因表达和脑功能。今天发表于神经科学的前沿的研究介绍了基于恢复胚胎发育的生物电“蓝图”的干预策略，研究人员建议可以为探索治疗药物提供探索，以帮助修复分娩缺陷的路线图。

早期的研究表明，尼古丁扰乱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 - 在引导图案和生长的细胞周围的不同电压水平的“地图”组织和器官。人类的尼古丁已与产前发病率，突然的婴儿死亡，注意力过敏障碍（ADHD）以及其他缺陷在认知功能，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。

“这项研究中的实验显着的是，当我们在距大脑的距离中增加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，”迈克尔·莱文布什教授迈克尔·莱文说塔夫茨大学艺术与科学学院的生物学研究，塔夫斯省艾伦发现中心主任。“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。”

“构建完全生长的动物的指示，包括器官作为大脑的络合物，分布在胚胎的所有细胞中，”他补充说。“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的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展，以及最多的生长和组织体内的复杂器官 - 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。我们几乎可以在胚胎中的任何地方放置修复，信息将与其余的胚胎进行沟通，以将身体的指示重置为正常，“塔夫斯州的Allen Discovery Center的研究科学家Vaibhav Pai。。和第一个研究作者。“这导致我们思考，我们可以找到一种激活HCN2的药物，并使用它来防止胚胎中的任何地方，甚至修复已经进行的缺陷？”

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）。

恢复延伸超越电气和物理观察到的缺陷，因为作者证明尼古丁暴露的蝌蚪不仅恢复了常规脑发育的遗传标志物的表达，而且显着地表现出正常的学习能力（例如训练以避免避免红灯），在未经处理的尼古丁暴露的蝌蚪中丢失，显示出从分子组织学到行为的非常完全的救援。

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参考：“HCN2通道诱导通过当地和远程生物电修复突出的脑畸形拯救”由Vaibhav P. Pai，Javier Cervera，Salvador Mafe，Valerie Willocq，Emma K. Lederer和Michael Levin，MiChael Levin，MiChael Levin，Micurocience.doi ：
10.3389 / Fncel.2020.00136

本研究的其他作者包括：哈维尔Cervera，PREFESOR，瓦伦西亚，西班牙瓦伦西亚的副教授; Valerie Willocq和Emma Lederer，塔伦发现中心的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）。内容仅由作者承担，并不一定代表美国国立卫生研究院的正式观点。