Doktor Lin Tian i jej zespół badawczy opracowali nową technologię, która rzuci światło na różnorodne skutki behawioralne działania opioidów w mózgu w odpowiedzi na bolesne i satysfakcjonujące doświadczenia. Źródło: Helena Pinheiro
Naukowcy opracowali nowe biosensory, które umożliwiają śledzenie w czasie rzeczywistym sygnalizacji opioidowej w mózgu, zapewniając głęboki wgląd w działanie opioidów i usprawniając rozwój terapii celowanych.
Nowe odkrycia badacza z Instytutu Neuronauki im. Maxa Plancka na Florydzie mogą zrewolucjonizować naszą wiedzę na temat wpływu opioidów na mózg. Pomimo szeroko zakrojonej dyskusji na temat trwającego kryzysu opioidowego, nasza obecna wiedza na temat działania opioidów w mózgu pozostaje dość ograniczona.
Wynika to przede wszystkim z wyzwań związanych z obserwacją i pomiarem działania opioidów w mózgu w czasie rzeczywistym. Jednakże niedawny przełom technologiczny, pod przewodnictwem dr Lin Tian oraz jej zespołu badawczego i współpracowników, został niedawno opublikowany w Neuronauka przyrodniczaprzezwyciężył te ograniczenia i może zmienić sposób, w jaki naukowcy badają sygnalizację opioidową w mózgu.
Co wiemy o sygnalizacji opioidowej?
Opioidy farmaceutyczne, takie jak morfina i oksykodon, oraz nielegalne leki opioidowe, takie jak heroina, wpływają na mózg i organizm, wiążąc się z receptorami opioidowymi na powierzchni komórek układu nerwowego. Receptory te zwykle reagują na naturalnie wytwarzane substancje chemiczne uwalniane w mózgu, zwane endogennymi opioidami, w tym endorfiny, enkefaliny i dynorfiny.
Uwalniane w odpowiedzi na przyjemne czynności, takie jak śmiech, seks i ćwiczenia, a także czynności awersyjne, takie jak uraz i uraz, te substancje chemiczne wiążą receptory opioidowe i zmniejszają zdolność neuronów do odbierania i przekazywania sygnałów. Te efekty komórkowe ostatecznie prowadzą do efektów poznawczych i behawioralnych związanych z opioidami, w tym pozytywnych uczuć, łagodzenia bólu i uzależnienia.
Wyzwania w zrozumieniu sygnalizacji opioidowej
Pozostaje wiele pytań dotyczących tego, w jaki sposób opioidy powodują te skutki behawioralne i czy możliwe jest wykorzystanie określonych właściwości opioidów, takich jak łagodzenie bólu, bez niepożądanych skutków, takich jak uzależnienie. Literatura naukowa dotycząca opioidów jest obszerna i potwierdza, że celowanie w układ opioidowy ma znaczenie kliniczne – nie tylko w leczeniu bólu, ale także, ostatnio, w leczeniu zaburzeń zdrowia psychicznego, takich jak lęk i depresja. Opracowanie środków terapeutycznych, które będą w stanie sprostać tym wyzwaniom zdrowotnym, jednocześnie zapobiegając tragedii obecnej epidemii opioidów, wymaga dalszego zrozumienia różnorodnych skutków opioidów w mózgu.
Różnorodność wpływu opioidów na mózg wynika z ponad 20 różnych substancji chemicznych opioidów wytwarzanych w mózgu i ponad 500 różnych opioidów syntetycznych. Większość z tych różnych opioidów oddziałuje ze wszystkimi trzema typami receptorów opioidowych o różnej sile. Ich zróżnicowane działanie zależy od stężenia opioidów, występujących konkretnych receptorów i zaangażowanych obwodów mózgowych.
„Podejmowane są wysiłki mające na celu wykorzystanie różnych właściwości terapeutycznych opioidów poprzez ukierunkowanie na określone działania receptorów i obwody mózgowe w celu opracowania skuteczniejszych i bezpieczniejszych terapii. Jednak wysiłki te zostały utrudnione przez naszą niezdolność do skutecznego pomiaru różnorodnych sygnałów opioidowych w mózgu w czasie rzeczywistym” – stwierdził dr Tian.
Nowa technologia otwiera drzwi do zrozumienia opioidów w mózgu
Dzięki ogromnemu wysiłkowi polegającemu na opracowaniu i przetestowaniu ponad 1000 wariantów zespół dr Tiana zoptymalizował bardzo czułe biosensory oparte na trzech receptorach opioidowych. Te biosensory, pierwotnie opracowane, gdy Tian był na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, emitują fluorescencję po związaniu się opioidu z czujnikiem i wyłączają się, gdy opioid już nie występuje. Dlatego biosensory służą jako zastępcze wiązanie opioidów z określonymi receptorami opioidowymi. Wprowadzenie tych czujników do mózgu zwierzęcia umożliwia wizualizację sygnalizacji opioidowej w mózgu w czasie rzeczywistym.
„Siła tej nowej technologii polega na tym, że mamy teraz narzędzia umożliwiające zrozumienie naturalnego układu opioidów w mózgu, w tym umiejętność rozróżniania różnych efektów opioidów. Możemy śledzić w czasie rzeczywistym endogenne uwalnianie opioidów, wyzwalane zarówno przez nagrodę, jak i niechęć, oraz dostrzegać różnice w sygnalizacji opioidów w różnych obwodach mózgu”.
Zespół dr Tiana szeroko udostępniał już te nowe narzędzia, aby przyspieszyć wpływ, jaki ta nowa technologia będzie miała na wiedzę o opioidach.
Odniesienie: „Odblokowanie dynamiki neuropeptydów opioidowych za pomocą genetycznie zakodowanych biosensorów” autorstwa Chunyang Dong, Raajaram Gowrishankar, Yihan Jin, Xinyi Jenny He, Achla Gupta, Huikun Wang, Nilüfer Sayar-Atasoy, Rodolfo J. Flores, Karan Mahe, Nikki Tjahjono, Ruqiang Liang , Aaron Marley, Grace Or Mizuno, Darren K. Lo, Qingtao Sun, Jennifer L. Whistler, Bo Li, Ivone Gomes, Mark Von Zastrow, Hugo A. Tejeda, Deniz Atasoy, Lakshmi A. Devi, Michael R. Bruchas, Matthew R. Banghart i Lin Tian, 15 lipca 2024 r., Neuronauka przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41593-024-01697-1
Badania te wsparł Narodowy Instytut Zdrowia w tym inicjatywa NIH BRAIN (U01NS103522, U01NS120820 i U01NS113295), Narodowy Instytut Narkomanii (R37DA033396, R61DA051489, K99058709) oraz Narodowy Instytut Zdrowia Psychicznego (ZIA-MH002970-04) i granty Narodowego Instytutu Zdrowia (DA00886). 3, DA058300 i DK126740).
