Gliukozės koncentracija žmonių kraujyje nuolat kinta priklausomai nuo to, ką jie valgo ir užsiima veikla. Nors daugelis tyrimų tyrė gliukozės kiekio kraujyje pokyčius, skirtingų neuronų vaidmuo stebint ir numatant šiuos pokyčius vis dar menkai suprantamas.
ETH Ciuricho mokslininkai neseniai atliko tyrimą, kuriame buvo tiriamas galimas tam tikro tipo neuronų, vadinamų oreksino neuronais, vaidmuo stebint gliukozės kiekį kraujyje. Jų išvados, paskelbtos m Gamtos neuromokslairodo, kad oreksino neuronai pelių smegenyse yra atsakingi už tai, kaip greitai kinta gliukozės kiekis kraujyje.
„2000-aisiais buvo įdėta daug mokslinių pastangų, siekiant nustatyti vadinamuosius „gliukozę jautrius neuronus“, nes šios ląstelės gali pakeisti mūsų smegenų funkciją, atsižvelgiant į tai, kas kas minutę vyksta mūsų kūne“, – sakė Denisas Burdakovas. „Medical Xpress“ pasakojo šio straipsnio bendraautorius. „Kadangi kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, JK ir JAV, kilo didžiulė diabeto (diabeto + nutukimo) epidemija, tai taip pat buvo svarbu, nes buvo susijęs su cukrumi.
2005–2011 m. Burdakovo tyrimų laboratorija (tuomet Kembridžo universitete) padėjo nustatyti ir apibūdinti gliukozės jutimą oreksino neuronuose. Tai yra specializuoti neuronai, kurie, kaip nustatyta, jaučia gliukozę ir gamina neuromediatorių oreksiną/hipokretiną.
Oreksinas/hipokretinas yra cheminis „pasiuntinys“, padedantis reguliuoti įvairius fiziologinius procesus, įskaitant susijaudinimą, budrumą ir apetitą. Oreksiną gaminantys neuronai, nustatyti maždaug prieš tris dešimtmečius, randami tik pagumburyje, tačiau jie inervuoja visą žmogaus ir kitų žinduolių centrinę nervų sistemą.
„Oreksino neuronai yra tokie svarbūs mūsų susijaudinimui ir sąmonei, kad be šios mažos ląstelių grupės prarandama normali sąmonė (kaip sergant narkolepsija, kuri yra sutrikimas, kurį sukelia oreksino ląstelių arba oreksino praradimas žmonėms)“, – sakė Burdakovas.
„Mūsų senesni eksperimentai parodė, kad oreksino ląsteles labai nutildo gliukozė, bet tai buvo „lėkštėje”, mūsų eksperimentuose su izoliuotomis oreksino ląstelėmis. Nuo tada paaiškėjo, kad besielgiančio žinduolio gyvose smegenyse oreksino ląstelės yra giliai kontroliuojamos. dėl daugelio kitų dalykų, įskaitant tiesiogines nervų įvestis iš didžiosios smegenų dalies.”
Nors jų ankstesni tyrimai surinko įdomių įžvalgų apie oreksiną, jie pirmiausia buvo atlikti su izoliuotomis ląstelėmis, ištirtomis Petri lėkštelėse. Todėl šių ląstelių vaidmuo gyvų gyvūnų smegenyse ir jų ryšys su gliukozės kiekiu kraujyje dar nebuvo ištirtas.
Vykdydami naują tyrimą, Burdakovas ir jo kolegos nusprendė užpildyti šią spragą literatūroje, ypač bandydami nustatyti, ar oreksiną gaminančios ląstelės „suvokia“ fiziologinius gliukozės kiekio kraujyje pokyčius. Be to, jei šios ląstelės iš tikrųjų gali aptikti gliukozės pokyčius, komanda norėjo nustatyti, ar jos sutelkė dėmesį į kai kuriuos konkrečius šių pokyčių požymius ir ar jų indėlis turi įtakos elgesiui.
„Mūsų eksperimento iššūkis buvo išmatuoti gyvų oreksino neuronų aktyvumą smegenyse, kartu su tuo pačiu metu vykstančiais gliukozės kiekio kraujyje svyravimais“, – aiškino Burdakovas.
„Tai buvo būtina norint padaryti išvadas. Norėdami tai padaryti, į arteriją įdėjome mažyčius elektrocheminius gliukozės jutiklius. Tuo pat metu naudojome itin plonus stiklinius vamzdelius, įkištus giliai į smegenis, norėdami stebėti, ką daro oreksino ląstelės – matėme todėl, kad fluorescencinio aktyvumo reporterį nukreipėme į genus, būtent į oreksino ląsteles.
Gliukozės koncentraciją kraujyje kontroliuoja ne tik valgymas ir mankšta, ją reguliuoja ir natūraliai susidarantis hormonas insulinas bei kepenys, gaminančios dinamines gliukozės kiekio kraujyje bangas. Burdakovas ir jo kolegos naudojo savo jutiklius, įvestus arterijose, kad stebėtų šiuos banginius gliukozės koncentracijos pokyčius laikui bėgant.
Tai leido jiems pastebėti, kuriame bangų taške (ty prie jų viršūnės, duburio, pakilimo, kritimo) pelių smegenų oreksino neuronai susijaudino arba nutilo. Be to, mokslininkai stebėjo pelių elgseną, ypač jų spontanišką bėgimą, kad nustatytų, ar normalių pelių ir pelių, kurios neturėjo oreksiną gaminančių neuronų, gliukozės kiekis kraujyje.
„Mes nustatėme, kad didžiausias oreksino ląstelių aktyvumo moduliavimas įvyko gliukozės kiekio kraujyje padidėjimo ir kritimo metu”, – sakė Burdakovas. „Nuostabu, kad oreksino ląstelės atrodė beveik aklos absoliučiam gliukozės kiekiui kraujyje, tačiau dažniausiai stebėjo padidėjimą ir kritimą, ypač gliukozės kitimo greitį per šiuos padidėjimus ir kritimus.”
Mokslininkų surinktos išvados pabrėžia galimą oreksino ląstelių vaidmenį stebint gliukozės kiekį kraujyje, ypač jų laikinas ypatybes (ty jų pokyčius laikui bėgant). Taigi jie atskleidė sudėtingą gliukozės kiekio kraujyje suvokimo smegenyse neurobiologiją.
„Nuostabu dirbti čia, ETH, kur mes, biologai, esame apsupti inžinierių“, – sakė Burdakovas. „Bet kuris inžinierius pasakys, kad pokyčių greičio jutimas yra tikrai svarbus norint greitai ir laiku valdyti. Tai labai pagrindinė valdymo inžinerijos idėja, kad naudinga reaguoti į tai, kaip greitai kažkas keičiasi, o ne laukti, kol įvyks didelis pokytis (iki to laiko dažnai būna per vėlu ką nors daryti).
„Inžinerijos vadovėlių pavadinimas yra „išvestiniu valdymu”, o tai reiškia, kad jūs skleidžiate valdymo signalus pagal pirmąją stebimo kintamojo laikinąją išvestinę.
Iš esmės Burdakovas ir jo kolegos parodė, kad smegenų gliukozės jutikliai gali skleisti valdymo signalus, reaguojančius į laikinus gliukozės kiekio kraujyje ypatumus (ty pokyčio greitį), o ne į absoliučią gliukozės koncentraciją. Taigi jų dokumentas atskleidė įgimtą biologinį jutimo procesą, kurį smegenys dalyvauja, kad laikui bėgant stebėtų gliukozės koncentraciją kraujyje.
„Be esminių pasekmių, padedančių suprasti, kaip suprojektuotos mūsų smegenys (ty „smegenų atvirkštinė inžinerija“), šiuo atveju, kaip smegenų veikla sinchronizuojama su mūsų kūno medžiagų apykaitos būkle, mūsų išvados turi praktinių pasekmių bandant valdyti smegenis. aktyvumas per mitybos režimus“, – sakė Burdakovas.
„Mes taip pat patvirtinome, kad tai gali būti labai svarbu pagrindinei smegenų veiklai, savanoriškam judėjimui: pelės, kurioms trūko oreksino neuronų, negalėjo normaliai prisitaikyti prie savo gliukozės kiekio.
Šios ETH Ciuricho tyrėjų komandos surinkti įdomūs rezultatai netrukus gali įkvėpti naujiems eksperimentams, daugiausia dėmesio skiriantiems oreksiną gaminantiems neuronams. Kartu šios mokslinių tyrimų pastangos atskleidžia svarbius nervinius procesus, kurie padeda stebėti su gliukozės kiekiu kraujyje susijusias fiziologines būsenas.
„Dabar norime toliau tirti, ar klasikinės prielaidos apie smegenų funkciją vis dar galioja, kai tiriamos naudojant šiuolaikinius kūno laiko fiziologijos stebėjimo metodus“, – pridūrė Burdakovas. „Mus ypač domina oreksino neuronai ir tai, kaip jų „veiklos algoritmai“ keičia dalykus, esančius mūsų smegenyse, ypač grandines, susijusias su pažinimu ir emocijomis.