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Un nouveau modèle 3D montre comment les implants neuronaux soulagent la douleur chronique

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Un nouveau modèle 3D montre comment les implants neuronaux soulagent la douleur chronique

Modèle 3D développé par Université de Virginie occidentale Les neuroscientifiques montrent comment les stimulateurs implantables – du même type que ceux utilisés pour traiter la douleur chronique – peuvent cibler les neurones qui contrôlent des muscles spécifiques pour assurer la rééducation des personnes souffrant de troubles neurologiques tels qu’un accident vasculaire cérébral ou une lésion de la moelle épinière.

le StadeY compris le modèle, il a été publié dans la revue Nature Communications Biology.

Le dispositif, implanté sur ou à proximité de la moelle épinière, fonctionne en délivrant un signal électrique via un fil fin. Pour traiter la paralysie, la stimulation cible des parties spécifiques de la moelle épinière pour aider à restaurer la fonction musculaire et le mouvement. Cependant, l’efficacité du dispositif a été limitée par une compréhension insuffisante de l’emplacement des motoneurones qui se connectent à des muscles spécifiques dans la moelle épinière.

« Si nous voulons vraiment maximiser l’utilité de ces implants, nous voulons pouvoir sélectionner des motoneurones spécifiques qui activeront des muscles spécifiques et aideront à bouger de la bonne manière et au bon moment », a-t-il déclaré. Valéria Gritsenkoprofesseur agrégé à École de médecine WVUSections Performance humaine – Physiothérapie, Neurologie Et le Institut de neurosciences Rockefeller. « Les scientifiques veulent utiliser un modèle pour déterminer où implanter ce système. »

Dans le cadre de l’étude, Gritsenko a reçu une subvention de 600 000 $ sur trois ans du ministère américain de la Défense pour diriger une équipe visant à construire des modèles plus avancés du système neuromusculaire.

Grâce à d’autres études et tests, les chercheurs espèrent mieux comprendre dans quelle mesure ces appareils peuvent améliorer la fonction musculaire.

Pour mener l’étude, les chercheurs ont d’abord créé un modèle 3D de l’emplacement des motoneurones dans la moelle épinière d’un macaque – un singe de l’Ancien Monde – et l’ont comparé aux connaissances actuelles sur la moelle épinière humaine. Ils ont également créé des modèles 3D de l’anatomie musculo-squelettique d’un singe macaque et du membre supérieur droit d’un humain et ont comparé ces modèles.

« Nous avons étudié les différences et les changements dans la longueur des muscles dans différentes postures, à la fois chez le modèle humain et chez le singe », a-t-il déclaré. Rachel Taitano, doctorant en médecine et neurosciences de Fairfax, en Virginie, et auteur principal de l’étude. « Le modèle musculo-squelettique du singe montre que la biomécanique est similaire à celle des humains, même si l’espèce présente des différences dans les muscles qu’elle utilise, les muscles qu’elle possède et leurs différentes orientations et fonctions. »

L’étude montre une correspondance étroite dans la distribution ou la profondeur des groupes de motoneurones le long de la moelle épinière chez les macaques et les humains. Ces résultats permettront aux scientifiques d’obtenir une précision dans la fourniture du traitement.

« Certaines populations de motoneurones sont plus profondes dans la moelle épinière et d’autres sont plus proches de la surface », a expliqué Gritsenko. « Ce modèle nous permet d’examiner plus en profondeur l’endroit où les populations de motoneurones pourraient être les plus proches de la surface. C’est là que vous souhaitez stimuler l’activation de ces muscles. »

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« Connaître l’organisation vertébrale des assemblages de motoneurones – des groupes de cellules qui se connectent à un seul muscle – pourrait révéler quelque chose de fascinant », a expliqué Gritsenko, qui a été le chercheur principal. « Notre système musculo-squelettique complexe a évolué au fil du temps pour permettre une large gamme de résultats. de mouvements que nous voyons chez tous les « primates, y compris nous, les humains. L’équipe a découvert que nos moelles épinières contiennent des « cartes » intégrées qui reflètent cette fonction complexe. Cette « carte » aide à simplifier le contrôle de nos corps complexes via la moelle épinière.  » .

Un autre collègue sur le projet, Sergueï Yakovenkoprofesseur agrégé à la faculté de médecine de l’Université de Virginie-Occidentale, départements de performance humaine et de recherche. Exercice physiologiqueLe Département de Neurosciences et le RNI ont mené des études similaires sur l’anatomie de la moelle épinière chez les quadrupèdes. Les nouvelles découvertes montrent à quel point l’anatomie de la moelle épinière est conservée chez les animaux et à quel point elle reflète les actions musculaires.

Les résultats d’une étude scientifique appliquée qui peuvent être utilisés au bénéfice des patients en milieu clinique sont ce qui, selon Taitano, l’a attirée vers le projet.

« Je pense que nous pouvons obtenir beaucoup d’informations à partir d’études non chirurgicales », a déclaré Taitano, diplômé en génie biomédical. « Maintenant que nous pouvons appliquer ces résultats à l’échelle millimétrique et nanométrique, nous pouvons créer des dispositifs permettant d’appliquer ce que nous voyons dans un modèle comme celui-ci. »

Une fois le projet terminé, Taitano passera à la partie médecine de son programme cet été.

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« Les antécédents de Rachel ont été très utiles au succès de l’étude », a déclaré Gritsenko. « J’aimerais certainement voir davantage de ce type de collaboration interdisciplinaire avec des étudiants diplômés travaillant sur des projets avec des collègues des départements de médecine et d’ingénierie.

En plus de la subvention du ministère de la Défense, des scientifiques de deux autres universités ont exprimé leur intérêt pour l’utilisation du modèle pour explorer la manière d’améliorer la technologie catalytique, a déclaré Gritsenko. Elle prévoit également de collaborer avec un chercheur principal d’une autre université pour valider les résultats de l’étude sur des modèles animaux.

« Nous voulons faire un test de stimulation musculaire basé sur les prédictions du modèle et voir si nous obtenons les résultats escomptés », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons essayer cela d’abord avec des singes, puis, si cela fonctionne, nous pouvons l’essayer chez l’homme pour vérifier davantage qu’il s’agit d’un bon modèle pour guider ces interventions chirurgicales. »

référence: Taitano RI, Yakovenko S, Gritsenko V. L’anatomie musculaire se reflète dans l’organisation spatiale des groupes de motoneurones spinaux. Commune Byul. 2024;7(1):1-11. est ce que je: 10.1038/s42003-023-05742-s

Cet article a été republié ci-dessous Matiéres. Remarque : Le matériel peut avoir été modifié en termes de longueur et de contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source susmentionnée. Vous pouvez accéder à notre politique de communiqués de presse ici.

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

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La NASA et Boeing évaluent les effets potentiels des fuites d’hélium sur le Starliner

La capsule Starliner de Boeing poursuit une inspection approfondie lors de sa toute première mission d’astronaute.

Starliner a été lancé le 5 juin, transportant les astronautes de la NASA Butch Wilmore et Sonny Williams vers la Station spatiale internationale (ISS) pour une croisière connue sous le nom de Crew Flight Test (CFT).

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ; Voici tout ce que vous devez savoir

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La NASA partage une superbe image de la galaxie spirale poussiéreuse NGC 4414 ;  Voici tout ce que vous devez savoir

L’agence spatiale américaine National Aeronautics and Space Administration (NASA) a publié une image époustouflante de la galaxie spirale poussiéreuse appelée NGC 4414. L’image a été prise par le télescope spatial Hubble de la NASA dans le cadre du projet majeur HST sur l’échelle de distance extragalactique en 1995.

Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, a modifié la compréhension fondamentale de l’univers, passant de la détermination de la composition atmosphérique des planètes en orbite autour d’autres étoiles à la découverte de l’énergie noire.

Revenant sur la galaxie spirale poussiéreuse, la NASA Hubble déclare : « Sur la base de mesures précises de la luminosité des étoiles variables (étoiles dont la luminosité fluctue) dans NGC 4414, les astronomes ont déterminé que la galaxie se trouve à 60 millions d’années-lumière. »

Elle a ajouté : « Ces informations ont aidé les scientifiques à mieux comprendre le taux d’expansion de notre univers, et nous en avons appris davantage sur la distance et la taille de nombreux objets cosmiques, et même sur l’âge de l’univers lui-même. »

En parlant de l’image partagée par la NSA Hubble, NGC 4414 est une galaxie spirale avec sa composition d’étoiles distincte dans ses différentes régions. Dans leurs régions centrales se trouvent une abondance d’étoiles jaunes et rouges, une caractéristique souvent associée aux amas d’étoiles plus anciens que l’on trouve généralement dans les galaxies spirales.

Dans les régions extérieures, NGC 4414 apparaît plus bleue. La NASA affirme que cette couleur bleuâtre indique la présence d’étoiles plus jeunes et plus chaudes, indiquant une formation d’étoiles en cours dans ces régions. L’image partagée par la NASA montre NGC 4414 comme une grande galaxie spirale avec un noyau jaune lumineux et des bras spiraux tentaculaires décorés de poussière brun foncé et d’amas d’étoiles.

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Selon la NASA Hubble, étant donné que la taille de la galaxie dépassait la capacité des détecteurs WFPC2, seule la moitié de NGC 4414 était visible dans les ensembles de données collectées par les astronomes dans le cadre du projet principal en 1995. Cependant, en 1999, l’équipe Hubble Legacy a revisité NGC. 4414 Et remplissez-le. Dans la partie manquante de son image en observant l’autre moitié en utilisant les mêmes filtres utilisés en 1995.

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Publié : 12 juin 2024, 07h16 IST

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Des scientifiques conçoivent de la caméline avec des graines jaunes à forte production d’huile

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Des scientifiques conçoivent de la caméline avec des graines jaunes à forte production d’huile

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Représentation artistique de l’effet de l’édition des six copies du gène TT8 chez Camelina sativa. Les graines avec des gènes TT8 inactivés (à droite) présentent une couleur jaune, une épaisseur de tégument réduite et une accumulation d’environ 22 % d’huile en plus que les graines de type sauvage (à gauche). Crédit : Valérie Lentz/Laboratoire national de Brookhaven

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Représentation artistique de l’effet de l’édition des six copies du gène TT8 chez Camelina sativa. Les graines avec des gènes TT8 inactivés (à droite) présentent une couleur jaune, une épaisseur de tégument réduite et une accumulation d’environ 22 % d’huile en plus que les graines de type sauvage (à gauche). Crédit : Valérie Lentz/Laboratoire national de Brookhaven

Les efforts visant à atteindre zéro émission nette de carbone provenant des carburants de transport augmentent la demande de pétrole produit par des cultures non alimentaires. Ces plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone atmosphérique en huile, qui s’accumule dans les graines. Les sélectionneurs de cultures, intéressés à sélectionner des plantes produisant beaucoup d’huile, recherchent des graines jaunes. Dans les cultures oléagineuses comme le canola, les variétés à graines jaunes produisent généralement plus d’huile que leurs homologues à graines brunes. La raison : la protéine responsable de la couleur brune des graines, qui manque aux plantes à graines jaunes, joue également un rôle clé dans la production d’huile.

Aujourd’hui, les biochimistes végétaux du laboratoire national de Brookhaven du département américain de l’Énergie – intéressés par l’intensification de la synthèse d’huiles végétales pour la production durable de biocarburants et d’autres bioproduits – ont exploité ces connaissances pour créer un nouveau groupe de cultures d’oléagineux hautement productives. Sur papier uniquement publié dans Journal de biotechnologie végétaleIls décrivent comment ils ont utilisé des outils génétiques modernes pour produire une variété de graines de Camelina sativa jaune, un proche parent du canola, qui accumule 21,4 % plus d’huile que la cameline ordinaire.

« Si les sélectionneurs peuvent obtenir un petit pourcentage d’augmentation de la production de pétrole, ils considèrent que cela est important, car même de petites augmentations de production peuvent conduire à de fortes augmentations de la production de pétrole lorsque vous cultivez des millions d’acres », a déclaré John Shanklin, biochimiste au laboratoire de Brookhaven. Chef du Département de Biologie du Laboratoire et Responsable du Programme de Recherche sur les Huiles Végétales. « Notre augmentation d’environ 22 % était inattendue et pourrait conduire à une augmentation significative de la production », a-t-il déclaré.

Idée claire, plante insolite

L’idée derrière le développement de cette variété de caméline à haut rendement était simple : imiter ce qui se passe dans les variétés naturelles de canola à graines jaunes à haut rendement.

« Les sélectionneurs ont identifié les plantes avec plus d’huile, dont certaines avaient des graines jaunes, et ils ne se sont pas vraiment préoccupés du mécanisme », a déclaré Shanklin. Mais une fois que les scientifiques ont découvert le gène responsable de la couleur jaune des graines et de l’augmentation de leur teneur en huile, ils ont trouvé un moyen d’augmenter la production d’huile chez d’autres espèces.

Le gène contient des instructions pour fabriquer une protéine connue sous le nom de testa 8 translucide (TT8), qui contrôle la production de composés qui donnent, entre autres, aux graines leur couleur brune. Il est important de noter que TT8 réprime également certains gènes impliqués dans la synthèse du pétrole.

Xiao Hongyu, qui a dirigé ce projet, a émis l’hypothèse que l’élimination du TT8 dans la caméline devrait libérer des inhibiteurs de la synthèse du pétrole, libérant ainsi une partie du carbone qui pourrait être canalisée vers la production pétrolière.


Équipe de recherche du Brookhaven Lab (de gauche à droite) : Jin Zhai, Judy Cui, Shreyas Prakash, Xiaohongyu, John Shanklin, Jörg Schwinder, Hai Shi et Sanket Anokar. Ils sont tous membres du département de biologie du Brookhaven Lab. Prakash et Tsui sont respectivement étudiants de premier cycle à l’Université Cornell et à l’Université Stony Brook et participent au programme de stages en laboratoire du Département américain de l’énergie. Crédit : Jessica Rutkiewicz/Laboratoire national de Brookhaven

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Équipe de recherche du Brookhaven Lab (de gauche à droite) : Jin Zhai, Judy Cui, Shreyas Prakash, Xiaohongyu, John Shanklin, Jörg Schwinder, Hai Shi et Sanket Anokar. Ils sont tous membres du département de biologie du Brookhaven Lab. Prakash et Tsui sont respectivement étudiants de premier cycle à l’Université Cornell et à l’Université Stony Brook et participent au programme de stages en laboratoire du Département américain des sciences de l’énergie. Crédit : Jessica Rutkiewicz/Laboratoire national de Brookhaven

L’élimination d’un seul gène chez la caméline est très difficile car cette plante est inhabituelle parmi les organismes. Au lieu d’avoir deux ensembles de chromosomes – deux copies de chaque gène – il en possède six.

« Ce génome hexaploïde explique pourquoi il n’existe pas d’espèce naturelle de caméline à graines jaunes », a expliqué Yu. « Il serait peu probable que des mutations surviennent simultanément dans les six copies de TT8 et perturbent complètement sa fonction. »

L’édition génétique a un impact sur le pétrole

Grâce aux outils de la génétique moderne, l’équipe de Brookhaven a pu éliminer les six copies de TT8. Ils ont utilisé une technologie d’édition génétique connue sous le nom de CRISPR/Cas9 pour cibler des séquences d’ADN spécifiques dans les gènes TT8. Ils ont utilisé la technologie pour couper l’ADN sur ces sites, puis créer des mutations qui inactivent les gènes. Ensuite, Yu et l’équipe ont mené une série d’analyses biochimiques et génétiques pour surveiller les effets de l’édition ciblée des gènes.

« Le phénotype des graines jaunes que nous recherchions était un excellent guide visuel pour nos recherches », a déclaré Yu. « Cela nous a aidé à trouver les graines que nous recherchions en criblant moins de 100 plantes, et parmi elles, nous avons identifié trois lignées indépendantes dans lesquelles les six gènes étaient perturbés. »

Résultats : La couleur du tégument de la graine est passée du brun au jaune uniquement chez les plantes dans lesquelles les six copies du gène TT8 ont été perturbées. Les graines jaunes contiennent des niveaux inférieurs de flavonoïdes et de mucilage – tous deux normalement produits par des voies biochimiques contrôlées par TT8 – que les graines brunes provenant de souches de caméline au génome non édité.

De plus, plusieurs gènes impliqués dans la synthèse du pétrole et la production d’acides gras, les éléments constitutifs du pétrole, ont été exprimés à des niveaux accrus dans les graines de plantes éditées par CRISPR/Cas9. Cela a conduit à une augmentation significative de l’accumulation de pétrole. Les graines modifiées contenaient une autre surprise positive : les niveaux de protéines et d’amidon n’ont pas changé.

Des mutations ciblées sur TT8 ont été héritées dans les générations suivantes de plantes de caméline, ce qui suggère que les améliorations seraient stables et durables.

« Nos résultats montrent que de nouvelles lignées de caméline peuvent être générées par modification génétique, dans ce cas en manipulant TT8 pour améliorer la biosynthèse du pétrole. Comprendre plus de détails sur la façon dont TT8 et d’autres facteurs contrôlent les voies biochimiques peut fournir des cibles génétiques supplémentaires pour augmenter la production de pétrole.  »  » » dit Shanklin.

Plus d’information:
Yuanheng Cai et al., Établissement de graines jaunes de Camelina sativa avec accumulation améliorée d’huile par inactivation transparente de Testa 8 par CRISPR, Journal de biotechnologie végétale (2024). est ce que je: 10.1111/pbi.14403

Informations sur les magazines :
Journal de biotechnologie végétale


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