针对蠕虫的新芯片健身房可能会导致新的帕金森病治疗方法

CU Boulder的一组生物学家和工程师最近领导了一个针对微小蠕虫的运动课程 - 他们的发现有一天可以帮助医生治疗患有帕金森病和类似疾病的人类。

这项研究深入到秀丽隐杆线虫令人难以置信的小世界。这些游泳线虫只有1毫米长。与人脑中的数十亿个神经元相比，它们只有302个神经元或神经系统细胞，新研究的合著者，分子，细胞和发育生物学系(MCDB)教授丁雪说。但是他们确实拥有的神经元很像我们自己的神经元。

“秀丽隐杆线虫可能是最小的动物，具有你在人类身上发现的所有重要细胞途径，”薛说。

在他们发表在《科学进展》杂志上的最新研究中，该团队设计了一个名为“声学健身房”的微型设施，大约四分之一的大小。该装置使用声波在液体储液罐内产生温和的漩涡，迫使秀丽隐杆线虫逆流游泳。

“以前，研究秀丽隐杆线虫运动的唯一方法是将它们放入一个小容器中并摇晃它或让它们随心所欲地游泳，”该研究的共同作者，Paul M. Rady机械工程系助理教授Xiaoyun Ding说。“有了这个新设备，我们可以精确控制他们游泳的强度和持续时间。

研究人员利用健身房来检查运动对一组蠕虫的影响，这些蠕虫随着时间的推移会失去神经元，其模式类似于患有帕金森氏症的人类 - 一种神经系统疾病，人们会经历震颤和移动困难等症状。然而，这种退化似乎在蠕虫中减缓了，蠕虫游动的时间恰到好处。

“运动太少或太多都达不到有益的效果，”薛说。“有一个甜蜜点。”

骑自行车

生物学家自己对大脑和运动的兴趣可以追溯到几年前。薛正在看晚间新闻，他看到一个故事，一个患有帕金森病的男人，当他骑自行车时，他的症状有所改善。

“骑自行车后，这个病人突然变得稳定多了，他能够更好地握住物体，”薛说。“我想：'也许我们可以用它做点什么。

然而，研究真实人类患者的运动并不总是那么容易。例如，许多患有帕金森氏症的人年龄较大，或者无法很好地平衡以持续锻炼。

这位研究人员研究了多种疾病的细胞基础，决定求助于他的老朋友秀丽隐杆线虫。

芯片健身房

Xue和他的团队与Ding的实验室合作，为非常小的健身迷创造了完美的运动器材。研究人员的芯片健身房包括一个可以充满液体的井，并且是秀丽隐杆线虫的完美尺寸。MCDB的博士后研究员Joyita Bhadra和机械工程研究生Nakul Sridhar是这项新研究的共同主要作者。

“这口井比秀丽隐杆线虫大约10倍，”丁说。“这相当于一个游泳池对人类来说有多大。

在这项研究中，研究人员将蠕虫放入这些井中，然后产生绕圈移动的慢波。该团队报告说，游泳练习没有对蠕虫造成任何伤害。

研究人员专注于两组秀丽隐杆线虫，科学家通过基因工程模仿人类神经系统疾病。例如，其中一个突变体有八个“多巴胺能”神经元(产生多巴胺的细胞，多巴胺是身体和大脑中的重要分子)，这些神经元在动物的一生中降解甚至死亡。帕金森病影响人脑中的相同类型的细胞。

然而，锻炼可以减缓这种损失。

通过一些试验和错误，该小组发现，每天游泳一次，每次5分钟，持续两天，平均可使秀丽隐杆线虫神经元的退化减少28%。

“如果他们只游2分钟，那就行不通了，”薛说。“如果你强迫他们游泳10分钟，那就行不通了。

薛不确定为什么运动似乎对蠕虫有帮助。这可能归结为动物在弯曲肌肉时产生的化学副产物。目前，研究人员希望使用他们的芯片健身房开始寻找可能能够治疗帕金森病症状的新药 - 运动的所有好处，无需运动。

“我们第一次有一个平台开始筛选药物，例如，可以取代运动的有益效果，”薛说。“这对老年人或其他无法锻炼的人来说可能真的很好。