От Сара Янг, Връзки с медиите | 20 август 2015 г. 21 август 2015 г.

Учените от UC Berkeley са разработили нов начин за инженериране на растежа и разширяването на енергията, изгаряща „добрата“ мазнина, и след това са установили, че тази мазнина помага да се намали наддаването на тегло и да се намалят нивата на кръвната захар при мишки.

импланти

Термограф на кафява мазнина, имплантирана в анестезирано животно при стайна температура. Имплантът, показан в област А, е значително по-топъл (30,86 градуса по Целзий максимум) в сравнение с контролната област в зона Б (29,43 градуса по Целзий максимум). (Снимка: Кевин Тарп и Андреас Щал)

Авторите на изследването, публикувано на 20 август в списание Diabetes, казват, че тяхната техника в крайна сметка може да доведе до нови подходи за борба със затлъстяването, диабета и други метаболитни нарушения.

Изследователите са използвали специално пригоден хидрогел, за да „скеле“ и да контролират имплант, съдържащ стволови клетки, за да образуват функционална тъкан, подобна на кафява мазнина. Докато бялата мазнина - видът, свързан със затлъстяването - съхранява излишната енергия, кафявата мазнина служи като генератор на топлина, изгаряйки калории, докато си върши работата.

„Това, което е наистина вълнуващо за тази система, е нейният потенциал да осигури изобилие от кафяви мазнини за терапевтични цели“, казва водещият автор на изследването Кевин Тарп, доктор по медицина. студент в катедрата по хранителни науки и токсикология. „Имплантът е направен от стволови клетки, които се намират в бяла мазнина, която може да бъде направена от тъкан, получена чрез липосукция.“

Човешките бебета, които все още не могат да произвеждат топлина чрез треперене, имат по-големи запаси от кафява мазнина, така наречените, тъй като съдържат високи нива на по-тъмно оцветени митохондрии. Някога се е смятало, че кафявата мастна тъкан изчезва с възрастта, но през последните години тази тъкан е открита във врата, раменете и гръбначния мозък сред възрастните.

„Това е образно и буквално гореща област на изследване в момента“, каза старшият автор на изследването Андреас Щал, доцент по хранителни науки и токсикология. „Ние сме първите, които имплантираме на мишки изкуствено депо с кафяви мазнини и показваме, че то има очакваните ефекти върху телесната температура и благоприятни ефекти върху метаболизма.“

Проучванията показват, че ниските температури могат да увеличат активността в кафявите мазнини. Stahl обаче отбеляза, че излагането на студ често води и до увеличаване на приема на храна, като потенциално отрича всякакви ползи от изгарянето на калории от активността на кафявите мазнини.

Вземете мазнините, а не студа

В тялото ни има три основни типа мастна тъкан. Съществуват класическите, съхраняващи енергия бели мазнини, с които много от нас са най-добре запознати, и два вида енергоизгарящи мазнини, използвани за генериране на топлина, а именно кафява мазнина, която възниква по време на развитието на плода, и бежова мазнина, която е кафява като мазнина, образувана в бялата мастна тъкан след излагане на студ и други ситуации.

Външен вид на имплант, по-малък от сантиметър, отстранен след две седмици. Забележително е, че мазнините показват развитието на кръвоносните съдове и подчертан кафяв оттенък. (Снимка: Кевин Тарп и Андреас Щал)

Този експеримент на UC Berkeley изследва идеята за увеличаване на кафяво-бежовата мазнина без спадане на температурата. Щал се обедини с Кевин Хийли, професор по биоинженерство в Университета в Бъркли, и изследовател след докторантура Амит Джа, за да разработят система от физически сигнали за насочване на диференциацията на стволовите клетки.

„Вече е известно, че за редица органи, включително сърцето, извънклетъчният матрикс, в който се намира клетката, дава сигнали за насочване на растежа и развитието“, каза Хийли, който също има среща в катедрата по материалознание и инженерство. „Приложихме тази концепция върху стволови клетки, изолирани от бяла мастна тъкан.“

Специфичната матрична рецепта за превръщане на бели мастни стволови клетки в кафява мазнина е неясна, казаха изследователите, но те отбелязаха, че предишни проучвания предполагат, че сковаността на околната среда е фактор. Белите мастни стволови клетки, поставени в 3D среда, която е мека, с малко съпротивление, докато клетката расте, станаха мазнини. Когато околната среда беше много скована, стволовите клетки прерастваха в кости.

Инжектираната кафява мазнина намалява наддаването на тегло, глюкозата

Изследователите създадоха плътно плетена 3D мрежа в хидрогел, съдържащ вода, хиалуронова киселина и къси протеинови последователности, свързани с растежа и функцията на кафявите мазнини. Хиалуроновата киселина е естествен въглехидрат, който помага да се направи водата по-плътна и подобна на гел. След това те взеха бели мастни стволови клетки от мишки, генетично конструирани да експресират ензим от светулки. Това направи клетките луминисцентни, което позволи на изследователите да ги проследяват по-лесно.

Имплантите реагират на стимулирано студено предизвикателство с повишено усвояване на мазнини. Изображенията отгоре са обезболени животни с импланти, които излъчват светлина пропорционално на скоростта на усвояване на мастните киселини. Стълбовидните графики показват по-високата степен на активност при стимулирани условия. (Изображение от Кевин Тарп и Андреас Щал)

След това изследователите добавят клетките към хидрогела и, преди сместа да се сгъсти, ги инжектират под кожата на генетично идентични мишки.

Гелът полимеризира след инжектиране и завършва трансформацията си в животното. Изследователите наблюдават светещите клетки след инжектиране, за да определят колко добре са останали, колко дълго са се задържали в тялото и дали са метаболитно функционални.

Те забелязаха повишаване на основната телесна температура на мишките при околна температура от 21 градуса по Целзий и след 24 часа при студени 4 градуса по Целзий. И в двата случая мишките с имплантираните клетки са били до половин градус по Целзий по-топли от контролната група мишки без инжекция. Колкото по-висока е концентрацията на клетките, толкова по-голям е ефектът върху температурата.

Изследователите също така поставят експерименталните мишки на диета с високо съдържание на мазнини. В края на три седмици мишките с инжектирана бежова мазнина напълняват наполовина по-малко тегло и имат по-ниски нива на кръвна глюкоза и циркулиращи мастни киселини в сравнение с контролните мишки.

„Това е проучване на осъществимостта, но резултатите бяха много обнадеждаващи“, каза Щал. „За първи път се създава оптимизирана 3D среда, която стимулира растежа на кафявоподобни мазнини. Предвид негативните ефекти върху затлъстяването върху здравето, изследванията върху ролята на кафявите мазнини трябва да продължат да проверяват дали тези открития ще бъдат ефективни при хората. "

Националните здравни институти и Американската асоциация по диабет помогнаха за финансирането на това изследване.