Neue Schweinehirnkarten erleichtern Entdeckungen der menschlichen Neurowissenschaften

Neue Schweinehirnkarten erleichtern Entdeckungen der menschlichen Neurowissenschaften

Forscher der Universität von Illinois haben aktualisierte, hochauflösende Schweinehirnatlanten für junge und jugendliche Tiere veröffentlicht. Die Atlanten sind eine entscheidende Komponente in der biomedizinischen Forschung, insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung und Ernährung des Gehirns von Säuglingen. Kredit: Universität von Illinois College für Agrar-, Verbraucher- und Umweltwissenschaften

Wenn Wissenschaftler die Auswirkungen neuer Inhaltsstoffe von Säuglingsnahrung auf die Gehirnentwicklung verstehen müssen, ist es ihnen selten möglich, erste Sicherheitsstudien an Menschen durchzuführen. Schließlich sind nur wenige Eltern bereit, ihre Neugeborenen zu übergeben, um unbewiesene Inhaltsstoffe zu testen.

Betritt das Hausschwein. Die Entwicklung von Gehirn und Darm ähnelt auffallend der von Säuglingen – viel mehr als bei herkömmlichen Labortieren, Ratten und Mäusen. Und wie Säuglinge können junge Schweine mit klinisch verfügbaren Geräten wie nicht-invasiver Magnetresonanztomographie oder MRT gescannt werden. Das bedeutet, dass Forscher Ernährungsinterventionen bei Schweinen testen, ihre Auswirkungen auf das sich entwickelnde Gehirn mittels MRT untersuchen und fundierte Vorhersagen darüber treffen können, wie sich dieselben Nährstoffe auf Säuglinge auswirken.

Seit fast einem Jahrzehnt verlassen sich Wissenschaftler auf eine MRT-basierte Karte oder einen Atlas des Schweinehirns, die an der Universität von Illinois unter Verwendung von 4 Wochen alten Schweinen entwickelt wurde, um zu verstehen, wo und wie Nährstoffe und andere Interventionen das sich entwickelnde Gehirn beeinflussen . Jetzt haben Wissenschaftler aus Illinois diesen Atlas aktualisiert und seine Auflösung um den Faktor vier erhöht. Außerdem haben sie einen neuen Atlas für jugendliche 12 Wochen alte Schweine hinzugefügt.

Die neuen Atlanten können unter pigmri.illinois.edu kostenlos heruntergeladen werden.

“Diese Verbesserung der räumlichen Auflösung macht einen großen Unterschied, wenn Sie die Entwicklung in einem kleinen Schweinehirn betrachten und versuchen zu sehen, wie Ihre Intervention Struktur, Größe oder sogar Funktion im Gehirn verändert”, sagt Brad Sutton, Professor am Department of Bioengineering, technischer Direktor des Biomedical Imaging Center am Beckman Institute in Illinois und Mitautor der in der Journal of Neuroscience Methods.

Ryan Dilger, außerordentlicher Professor am Department of Animal Sciences und leitender Autor der Atlasstudie, fügt hinzu: “Es geht um unsere Fähigkeit, einen Teil des Gehirns von einem anderen zu unterscheiden. Je höher die Auflösung, desto zuverlässiger können wir sagen, dass dieses Stück ist Der Hippocampus zum Beispiel. Ein Teil der Notwendigkeit eines Atlas besteht darin, dass jede in diesem Bereich tätige Forschungsgruppe dieselben Teile oder Regionen des Gehirns konsistent referenziert. Wir müssen gemeinsame Begriffe und Infrastrukturen haben, um dieselbe Sprache zu sprechen. “

Um den aktualisierten Atlas zu erstellen, betäubten und scannten die Forscher 4 und 12 Wochen alte Schweine im Beckomed Biomedical Imaging Center mit einem hochmodernen Siemens Prisma 3 T MRI-Scanner. Scans von mehreren Schweinen in jeder Altersklasse wurden für jedes Alter zu einem einzigen Atlas gemittelt, um die Unterschiede zwischen den Individuen zu berücksichtigen. Anschließend identifizierten und isolierten die Forscher 26 interessierende Regionen wie Kleinhirn, Medulla, rechte und linke Kortikalis und andere und stellten volumetrische Standards für jede Region des Schweins bereit.

“Wir liefern die absoluten und relativen Volumina nicht nur für das gesamte Gehirn, sondern auch für Gewebe wie graue Substanz, weiße Substanz, Liquor cerebrospinalis sowie für alle verschiedenen Regionen von Interesse. Diese normativen Daten können als Referenz für andere Personen dienen, die Vielleicht interessiert es Sie, wie eine bestimmte Intervention das Gehirnwachstum oder die Entwicklung des Schweins beeinflusst “, sagt Joanne Fil, Doktorandin im Neuroscience Program in Illinois und Hauptautorin der Atlasstudie.

Der bisherige Schweinehirnatlas wurde von Forschern verwendet, um die Neurowissenschaften weltweit voranzutreiben. Bis heute wurden rund 450 Downloads durchgeführt. Die kollektiven Entdeckungen, die der Atlas ermöglicht, gehen weit über die pädiatrische Ernährung hinaus und umfassen ein tieferes Verständnis der Mikrobiota-Darm-Gehirn-Achse, die sich auf häufige klinische Situationen zu beziehen scheint.

Laut Dilger wird der neue Atlas den Forschern eine noch genauere Sicht auf das Gehirn ermöglichen und fortgeschrittenere Entdeckungen ermöglichen. Und mit dem Atlas für ältere Schweine können sie ihre Ergebnisse noch weiter ausbauen.

“Mit 24 Wochen oder sechs Monaten ist das Schwein geschlechtsreif. Wir würden erwarten, dass das Schwein in diesem Alter den größten Teil, wenn nicht den gesamten Teil seiner Gehirnentwicklung abgeschlossen hat”, sagt Fil. “Jetzt können wir sehen, wie sich unsere Interventionen nicht nur in jungen Jahren auf die Entwicklung auswirken, sondern auch auf das Erwachsenenalter des Schweins.”

Fil fügt hinzu, dass die Studie auch einen detaillierten Bericht über den Prozess liefert, mit dem sie den Atlas erstellt haben, und den Forschern die Blaupausen gibt, um zusätzliche Atlanten für andere Tiere zu erstellen.

Aber für Schweine als wichtiges biomedizinisches Forschungstier gibt es viel zu sagen.

“Sie können die Gehirnentwicklung bei einer Maus untersuchen, aber bei einigen Studien ist das Gehirn der Maus in einigen wichtigen Aspekten nicht dem menschlichen Gehirn ähnlich. Außerdem können Sie die Interventionseffekte auf das Gehirn nicht direkt beim Menschen untersuchen, denn obwohl wir Wenn Menschen in den Scanner gelangen, können wir ihre Ernährung nicht immer ändern und verschiedene Komponenten testen “, sagt Sutton.

“Das Schwein hat also genau das Richtige an diesem Sweet Spot: Sein Gehirn hat die richtige Größe, um menschliche MRT-Scanner zu verwenden, und die Entwicklung des Schweinehirns entspricht genau der des Menschen. Und wir haben Werkzeuge, um es besonders auf diesem Campus detailliert untersuchen zu können Das Schwein ist perfekt, um das Gehirn zu studieren. “

Dilger fügt hinzu: “Wir verwenden die eigentliche menschliche klinische Ausrüstung des Schweins. Wir bringen effektiv, nicht-invasiv, ein Mikroskop zum Schweinehirn, während es noch lebt. Das ist der Vorteil. Wir können einen virtuellen Blick in das Schwein werfen Gehirn mehrmals während des Lebens des Schweins, um zu sehen, wie sich das Gehirn strukturell entwickelt. “

Der Artikel “Hochauflösende, auf Magnetresonanztomographie basierende Atlanten für das junge und jugendliche domestizierte Schwein (Sus scrofa)” ist in der Journal of Neuroscience Methods.


Weiter erforschen

Ferkelhirnatlas neues Werkzeug zum Verständnis der Entwicklung des menschlichen Säuglingshirns


Mehr Informationen:
Joanne E. Fil et al., Hochauflösende, auf Magnetresonanztomographie basierende Atlanten für das junge und jugendliche domestizierte Schwein (Sus scrofa), Journal of Neuroscience Methods (2021). DOI: 10.1016 / j.jneumeth.2021.109107

Bereitgestellt von der University of Illinois in Urbana-Champaign

Zitat: Neue Schweinehirnkarten erleichtern Entdeckungen der menschlichen Neurowissenschaften (2021, 8. April), die am 9. April 2021 von https://medicalxpress.com/news/2021-04-pig-brain-human-neuroscience-discoveries.html abgerufen wurden

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. Abgesehen von fairen Geschäften zum Zwecke des privaten Studiums oder der Forschung darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt wird nur zu Informationszwecken bereitgestellt.

Weiter erforschen

Ferkelhirnatlas neues Werkzeug zum Verständnis der Entwicklung des menschlichen Säuglingshirns

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More

Privacy & Cookies Policy