В развивающемся эмбрионе внешняя мембрана каждой клетки содержит каналы белка, каковые транспортируют отрицательные и хорошие ионы, создавая градиенты напряжения через клеточную стенку. Группы клеток создают образцы мембранного напряжения, каковые предшествуют и руководят морфологическими изменениями и экспрессией генов, происходящими в течение развития.«Изучения, сосредотачивающиеся на экспрессии гена, молекулярных путях и факторах роста, предоставили нам лучшее, но все еще неполное познание того, как клетки устраиваются в сложные совокупности органа в растущем эмбрионе», сообщил доктор наук Майкл Левин, врач философии, директор Центра и соответствующий автор исследования изучения Аллена в Университете Тафтса. «Мы сейчас начинаем видеть, как электрические образцы в эмбрионе ведут широкомасштабные образцы тканей, конечностей и органов.
В случае если мы можем расшифровать эту электрическую связь между клетками, то мы имели возможность бы быть в состоянии применять ее, дабы нормализовать развитие либо регенерацию помощи в лечении заболевания либо травмы».Дабы оказать помощь расшифровать тот кодекс, Левина и привести автора Вайбхав Пая, врач философии, Исследователь II в Центре изучения Аллена в Пучках, изучил, было ли вероятно применять вычислительную модель, дабы угадать биоэлектрические образцы, каковые происходят в обычных и выставленных никотину эмбрионах, и после этого применяют модель, дабы выяснить реактивы, каковые имели возможность бы вернуть обычный пример кроме того в присутствии teratogen (класс молекул, каковые приводят к врождённым дефектам). В людях никотин был связан с предродовой заболеваемостью, неожиданной младенческой смертью, беспорядком аллергии недостатка внимания (ADHD) и другими недостатками в познавательной функции, памяти и изучении.
Более ранние изучения высказали предположение, что эти недостатки смогут быть результатом клеток деполяризации никотина в эмбрионе, побудив рецепторы ацетилхолина накачать в положительно заряженных ионах калия и натрия. Пай и Левин выдвинули догадку, что разрушение обычного биоэлектрического предварительного примера, что стимулирует мозговое копирование, могло быть причиной для этих недостатков, и что восстановление этого примера имело возможность бы спасти те недостатки.Пай трудился с Алексисом Питэком, врачом философии, главный следователь в Центре изучения Аллена в Пучках, что развивал сильную вычислительную платформу моделирования – назвал Двигатель Моделирования Ткани BioElectric (BETSE) – дабы создать динамическую карту автографов напряжения в развивающемся эмбрионе лягушки. Двигатель моделирования (доступный для бесплатного скачивания) был основан на биологически реалистической модели концентраций иона и потоков и параметров поведений ионного канала, взятых из молекулярных изучений.
Модель BETSE совершенно верно копировала хороший пример мембранного напряжения от обычного эмбрионального мозгового развития, и кроме этого растолковала «сглаженный» (стертый) электрический пример, что, как замечают, следовал из действия никотина.Исследователи Пучков тогда смогли применять BETSE, дабы изучить эффект разных реактивов на карте напряжения эмбриона. Один реактив, например, активированный гиперполяризацией циклический нуклеотид, закрытый канал (HCN2), в то время, когда добавлено к клеткам в модели, выборочно увеличил гиперполяризацию (громадной внутренний отрицательный заряд) в регионах, где это было уменьшено никотином. Эффект – сродни вызову номера контраста в фоторедакторе – действенно вернул обычный электрический пример.
Превосходно, выражение HCN2 в живых эмбрионах спасло их от эффектов никотина, вернув обычный биоэлектрический пример, мозговую морфологию, маркеры экспрессии гена, и около обычной способности изучения у выращенного головастика.«Это – серьёзный ход, предоставляющий реалистическую модель, которая соединяет молекулярные, клеточные, биоэлектрические, и анатомические весы развивающегося эмбриона.
Добавление биоэлектрической подробности было крайне важно для поиска терапевтических более послушных стратегий», сообщил Левин, учитель Вэнневэра Буша биологии в Школе Искусств & Наук в Пучках.