211service.com
Slaap met de vissen
Er is een nieuwe cavia in de zoektocht naar slaapgerelateerde medicijnen: de zebravis. Onderzoekers van de universiteit van Harvard hebben een screeningtool ontwikkeld die de effecten van duizenden verbindingen op het gedrag van zebravissen test in een poging nieuwe wegen te ontdekken die de slaap bepalen. Het onderzoek, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , kan leiden tot nieuwe medicijnen voor de behandeling van slapeloosheid en andere slaapgerelateerde stoornissen.
Slaperig hoofd: Wetenschappers van Harvard gebruiken zebravissen als model om kandidaat-geneesmiddelen voor slapeloosheid en andere slaapstoornissen te vinden. Hierboven afgebeeld is het kopgedeelte van een zebravislarve. Het brein van de zebravis is groen gemarkeerd.
Alexander Schier en zijn collega's van Harvard ontwikkelden een geautomatiseerd systeem om 60.000 verschillende slaapgerelateerde gedragingen te beoordelen bij zebravissen, een tropische vis die vaak wordt gebruikt in wetenschappelijk onderzoek. Na het screenen van 5.600 kleine moleculen op de larven, ontdekte het team 463 significante slaapveranderende verbindingen, waarvan bekend is dat veel vergelijkbare effecten bij mensen hebben.
Zoveel conservering van de effecten van medicijnen tussen mensen en zebravissen hadden we niet verwacht, zegt Schier, hoogleraar moleculaire en celbiologie. Dit was een bewijs van het principe dat veel van de paden die bij mensen worden gevonden, in vissen zijn geconserveerd.
Schier zegt dat dergelijke gedragsovereenkomsten de zebravis een ideaal model kunnen maken om te bestuderen hoe en waarom mensen slapen, mysteries die grotendeels onopgelost zijn. Het is nog steeds onduidelijk welke moleculaire mechanismen slaap en waakzaamheid beheersen. Het aanwijzen van deze routes en het vinden van medicijnen om ze te blokkeren of te promoten, is een belangrijk aandachtspunt voor veel farmaceutische bedrijven - slaapmedicijnen genereren $ 7 miljard aan jaarlijkse winst in de Verenigde Staten. Het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen is echter vervelend en duur. Schier is van mening dat het testen van kandidaat-geneesmiddelen in zebravissen een goedkoop en eenvoudig alternatief kan zijn voor conventionele screening van geneesmiddelen.
Om een medicijn te testen, bestuderen onderzoekers meestal eerst de effecten ervan in gekweekte cellen, om te zien of het medicijn succesvol bindt aan een doelreceptor of molecuul. Vervolgens voeren ze het medicijn door naar dierproeven en testen ze gedragseffecten bij levende proefpersonen. Maar medicijnen die bepaalde effecten hebben in gekweekte cellen hebben vaak onverwachte bijwerkingen - of geen effect - bij een levend dier.
Het voordeel van de zebravis is dat je op een heel kleine ruimte grote aantallen dieren kunt houden en relatief goedkoop veel dieren kunt fokken, zegt Schier. In tegenstelling tot vliegen en wormen, die vaak worden gebruikt in de vroege stadia van farmaceutisch onderzoek, zijn vissen gewervelde dieren. In de zebravis zit veel dat relevant is voor zoogdieren, zegt hij.
Om de medicijnen te screenen, pipetteerden onderzoekers enkele zebravislarven in een klein putje van een 96-well tray. Elk putje werd geïnjecteerd met een medicijn, waarbij één medicijn werd getest op 10 verschillende larven. Ze plaatsten het dienblad in een opnamekamer met infrarood en witte led-verlichting en een camera die was aangesloten op computersoftware. Nadat de lade was uitgelijnd met een bijbehorend raster op het computerscherm, programmeerden onderzoekers de timing van het licht om dag en nacht te simuleren. De camera registreerde de activiteit van elke vis gedurende twee dagen en video-trackingsoftware bracht de bewegingen van elke vis per seconde in kaart.
Z's voor zebravissen: Zebravislarven (hierboven) zijn van nature transparant. Wetenschappers hopen op een dag de effecten van slaapmiddelen op de hersenen en het ruggenmerg te bestuderen, wat in de afbeelding hierboven te zien is als een lange witte structuur die zich van links naar rechts uitstrekt.
Met behulp van clusteringalgoritmen groepeerden Schier en zijn collega's vissen in 60.000 verschillende gedragsprofielen, afhankelijk van verschillende beperkingen. Als je het licht uitdoet, hoe vaak zijn ze dan actief? Wanneer zijn ze inactief, hoe lang? Dat zien we bij de vissen, zegt Schier. Je kunt veel verschillende parameters meten en daarmee kun je verschillende medicijnen profileren.
Ontstekingsremmers, zoals cytokines, niet-steroïde anti-inflammatoire geneesmiddelen en cyclosporine, hadden een verrassend effect. Normaal gesproken induceren deze medicijnen slaap wanneer ze worden gebruikt om infecties zoals griep te bestrijden. Schier ontdekte echter dat wanneer ze aan normale, gezonde zebravissen werden gegeven, deze verbindingen, of immunomodulatoren, vissen gedurende de dag actiever maakten.
Bij ziekte zijn immunomodulatoren betrokken bij slaap, zegt Schier. We stellen voor dat er misschien een basisfunctie is voor deze immunomodulatoren tijdens normale slaap- en waakcycli.
Dergelijke bevindingen kunnen onderzoekers helpen nieuwe moleculaire spelers te identificeren die betrokken zijn bij slaap en waakzaamheid. Irina Zhdanova , universitair hoofddocent anatomie en neurobiologie aan de Boston University Medical School, bestudeert de fysiologische mechanismen van circadiane ritmes en slaap bij zebravissen. Zhdanova zegt dat er veel slaapgerelateerde medicijnen op de markt zijn met aanzienlijke bijwerkingen; deze effecten kunnen worden vermeden met betere screeningtools.
Het enorme aantal medicijnen dat is getest [door de groep van Schier] laat zien dat op zebravissen gebaseerde tests effectief kunnen worden gebruikt om op zijn minst meerdere klassen van bestaande medicijnen en nieuwe kandidaat-stoffen vooraf te screenen, zegt Zhdanova. [Dat is] zeker erg nuttig.
In de toekomst, zegt Schier, zou de zebravis ook kunnen worden gebruikt als model voor het testen van medicijnen voor menselijke psychiatrische ziekten zoals schizofrenie en autisme. Het idee is om genen te identificeren die verband houden met de menselijke ziekte, en te proberen hetzelfde genetische defect in zebravissen te manipuleren. Onderzoekers kunnen dan op zoek gaan naar bepaalde gedragsveranderingen als resultaat, zoals de gevoeligheid van een vis voor aanraking of zijn reactie op visuele signalen.
Hopelijk zou er een verband zijn tussen het aangetaste gen en gedragsverandering, en zou men proberen de gedragsverandering te corrigeren door bepaalde medicijnen toe te voegen, zegt Schier. Dat is op dit moment een beetje sciencefiction, maar het kan.