Anästhesie die Wirkung auf Bewusstsein gelöst werden, die sich Jahrhunderte alte wissenschaftliche Debatte

Eine Operation wäre nicht denkbar ohne Vollnarkose, so kann es als eine überraschung kommen, dass Sie trotz Ihrer 175-jährigen Geschichte der medizinischen Verwendung, ärzte und Wissenschaftler wurden nicht in der Lage zu erklären, wie Anästhetika vorübergehend Rendern Patienten bewusstlos.

Eine neue Studie vom Scripps Research veröffentlicht Donnerstag Abend in den Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS) löst die langjährige medizinische Rätsel. Mithilfe von modernen nanoskaligen mikroskopische Techniken, plus clever-Experimente in lebenden Zellen und Fruchtfliegen, die Wissenschaftler zeigen, wie Cluster von Lipiden in der Zellmembran, dienen als ein fehlendes go-zwischen in einem zweiteiligen Mechanismus. Vorübergehende Exposition auf die Anästhesie bewirkt, dass die lipid-Cluster zu verschieben, von einem geordneten Staat, einem ungeordneten und dann wieder zurück, was zu einer Vielzahl von Folgewirkungen, die letztlich dazu führen, Veränderungen im Bewusstsein.

Die Entdeckung durch den Chemiker Richard Lerner, MD, und Molekularbiologe Scott Hansen, Ph. D., setzt sich ein Jahrhundert-alte wissenschaftliche Debatte, eine, die noch kocht heute: Tun Anästhetika wirken unmittelbar auf die Zellmembran Tore genannt, Ionen-Kanäle, oder müssen Sie irgendwie handeln auf der Membran, um zu signalisieren Zelle änderungen in eine neue und unerwartete Weise? Es brauchte fast fünf Jahren von Experimenten, Aufrufe, Debatten und Herausforderungen, um zu dem Schluß zu kommen, dass es eine zwei-Schritt-Prozess, beginnt in der Membran, dem duo sagen. Die Anästhetika stören bestellt lipid-Cluster in der Zellmembran bekannt als „lipid rafts“ zu initiieren, das signal.

„Wir denken, es gibt wenig Zweifel, dass dieser Roman Weg ist für andere Funktionen des Gehirns jenseits des Bewusstseins, die uns jetzt chip entfernt an weitere Geheimnisse des Gehirns“ Lerner sagt.

Lerner, Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften, ehemaliger Präsident des Scripps Research, und der Gründer des Scripps Research Jupiter, Florida campus. Hansen ist ein associate professor, in seinem ersten posting, im gleichen campus.

Die Ether-Dome

Äther die Fähigkeit zu induzieren, Verlust des Bewusstseins wurde erstmals nachgewiesen an einem tumor-Patienten am Massachusetts General Hospital in Boston im Jahre 1846, innerhalb der ein op-theater, das später bekannt wurde als „Ether-Dome“. Also Folge war die Prozedur, die Sie war gefangen in einem berühmten Gemälde, „Erste Operation Unter Äther“ von Robert C. Hinckley. Von 1899, deutscher Pharmakologe Hans Horst Meyer, und dann im Jahre 1901 der britische Biologe Charles Ernest Overton, sagely dem Schluss, dass die lipid-Löslichkeit diktiert die Potenz solcher Betäubungsmittel.

Hansen erinnert sich drehen, um eine Google-Suche, beim Entwurf eines Zuschusses Vorlage, um weiter zu untersuchen, die historische Frage, da er dachte, er konnte nicht der einzige zu sein, überzeugt der Membran lipid rafts “ Rolle. Zu Hansen ‚ s delight, fand er eine Abbildung von Lerner 1997 PNAS Papier, „Eine Hypothese über die endogene analog der Allgemeinen Anästhesie“, die vorgeschlagen, einen solchen Mechanismus. Hansen hatte lange geschaut bis zu Lerner—buchstäblich. Als Doktorandin Studentin in San Diego, sagt Hansen, dass er arbeitete in einem Keller-Labor mit einem Fenster, sah Sie direkt an Lerner der Parkplatz an Scripps-Forschung.

„Ich kontaktierte ihn, und ich sagte, ‚Sie werden niemals aufhören, dies zu glauben. 1997 Abbildung intuitiv beschreiben, was ich sehe in unseren Daten Recht jetzt'“ Hansen erinnert. „Es war Brillant.“

Für Lerner, es war ein spannender moment, als gut.

„Dies ist der Urvater medizinische Mysterien,“ Lerner sagt. „Wenn ich war in der medizinischen Fakultät an der Stanford, das war das einzige problem, das ich lösen wollte. Anästhesie war von so praktischer Bedeutung, ich konnte nicht glauben, dass wir nicht wissen, wie alle diese Anästhetika könnte dazu führen, dass Menschen das Bewusstsein verlieren.“

Viele andere Wissenschaftler, die durch ein Jahrhundert der Experimente, versucht hatten, die gleichen Antworten, aber Sie fehlten mehrere wichtige Elemente, Hansen sagt: Erstens, Mikroskope Visualisierung von biologischen komplexen kleiner als die Beugung Grenzen von Licht, und die zweite, neuere Erkenntnisse über die Natur der Zellmembranen, und die komplexe Organisation und Funktion der Vielfalt von lipid-komplexe, aus denen Sie bestehen.

„Sie waren auf der Suche in einem ganzen Meer von Lipiden, und das signal bekam ausgewaschen, Sie hatten einfach nicht sehen, es zum großen Teil an dem Mangel der Technik“, sagt Hansen.

Von der Bestellung bis zur Störung

Mit dem Nobelpreis ausgezeichneten mikroskopischen Technik, insbesondere ein Mikroskop-dSTORM genannt, kurz für „direct stochastischen optical reconstruction microscopy“, eine post-Doktorandin in der Hansen-lab gebadet Zellen in chloroform und sah etwas wie die Eröffnung eröffnungsstoß eines Spiels von Billard. Das freilegen der Zellen chloroform stark erhöht den Durchmesser und die Fläche der Zellmembran, lipid-Cluster genannt GM1, Hansen erklärt.

Was er sah, war eine Verschiebung in der GM1-cluster, die Organisation, die den Wandel von einer dicht gepackten ball gestört Durcheinander, erzählt Hansen. Wie es wuchs zerrüttet, GM1 verschüttete seinen Inhalt, unter Ihnen ein Enzym namens phospholipase D2 (PLD2).

Tagging-PLD2 mit einem fluoreszierenden chemischen, Hansen war in der Lage zu beobachten, über die dSTORM Mikroskop als PLD2 zog wie ein ball, den Weg von der GM1 zu Hause und über einen anderen, weniger bevorzugte lipid-cluster namens PIP2. Dies aktiviert die wichtigsten Moleküle innerhalb PIP2-Cluster, unter Ihnen TREK1 Kalium-Ionen-Kanäle und Ihre lipid-Aktivator, phosphatidsäure (PA). Die Aktivierung von TREK1 im Grunde friert Neuronen‘ Fähigkeit, Feuer, und führt damit zum Verlust des Bewusstseins, erzählt Hansen.

„Die TREK1 Kalium-Kanäle, die Freisetzung von Kalium, und dass hyper-polarisiert die Nerven—es macht es schwieriger zu Feuer—und genauso fährt es runter“, sagt Hansen.

Lerner Bestand darauf, Sie zu überprüfen und die Ergebnisse in einem lebenden Tier. Die gemeinsame Fruchtfliege, drosophila melanogaster, sofern die Daten. Löschen von PLD-expression in den fliegt wirklich gerendert, die Sie resistent gegen die Auswirkungen der Sedierung. In der Tat, Sie benötigt die doppelte Einwirkung der Narkose zu zeigen, die gleiche Antwort.

„Alles fliegt irgendwann das Bewusstsein verloren, was darauf hindeutet PLD hilft eine Schwelle setzen, aber ist nicht der einzige Weg Kontrolle Narkose-Empfindlichkeit“, schreiben Sie.

Hansen und Lerner sagen, dass die Entdeckungen werfen eine Vielzahl von verlockenden neuen Möglichkeiten, die erklären, die anderen Geheimnisse des Gehirns, einschließlich der molekularen Ereignisse, führen uns zum einschlafen.

Lerner original 1997 Hypothese der Rolle von „lipid matrices“ in signaling ergab sich aus seinen Untersuchungen über die Biochemie der Schlaf, und seine Entdeckung ein Schlafmittel lipid rief er oleamid. Hansen und Lerner der Zusammenarbeit in diesem Bereich fortgesetzt.

„Wir denken, dies ist die grundlegende, aber es ist viel mehr Arbeit, die getan werden muss, und es muss getan werden, indem eine Menge von Menschen“, sagt Hansen.Lerner stimmt.