معلومة

ما هي الاختلافات بين الأنسجة الدهنية البيضاء والبنية؟

ما هي الاختلافات بين الأنسجة الدهنية البيضاء والبنية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي الاختلافات بين الأنسجة الدهنية البيضاء والبنية؟ فيما يلي بعض ما صادفته:

الأنسجة الدهنية البنية الأنسجة الدهنية البيضاء مولدة للحرارة غير مولدة للحرارة أحادي العين عدد كبير نسبيًا من الميتوكوندريا عدد قليل نسبيًا من الميتوكوندريا الأوعية الدموية عدد قليل نسبيًا من الشعيرات الدموية يتميز بوجود اللبتين الذي يتميز بوجود UCP-1

ألست متأكدًا مما تطلبه ، باستثناء الإضافة إلى القائمة؟

وتجدر الإشارة إلى أن الأنسجة الدهنية البنية هي العضو الوحيد في جسم الإنسان الذي يتمثل هدفه الأساسي في توليد الحرارة. نحن من ذوات الدم الحار ، لكن درجة حرارة الجسم تنظمها أعضاء أخرى تولد الحرارة أثناء قيامهم بعملهم (مثل العضلات أو أفترض المعدة والكلى وما إلى ذلك).

من المفترض ألا تكون الأنسجة البنية صفة حدثية - لا تظهر عند البالغين بنفس القدر (عادةً ما تكون مقصورة على الرقبة وأعلى الصدر.

يُعتقد أن الأنسجة البنية موجودة في مناطق حساسة فقط من الجسم - حتى عند الرضع. يوجد في تجويف الجسم الداخلي حول الأعضاء الحيوية.

يأتي اللون من العدد الكبير من الميتوكوندريا في الخلايا ، حيث يتم توليد الحرارة من خلال فصل البروتين 1 (UCP1).

الأنسجة الدهنية البيضاء هي ما نطلق عليه عادة الأنسجة الدهنية - وظيفتها الأساسية تخزين الطاقة في الشكل الكيميائي للدهون طويلة السلسلة. يمكن أن تثبط الأنسجة الدهنية أثناء نموها وظيفة الأنسولين في الجسم ، مما يزيد من مقاومة الأنسولين.

يمكنك أن تطلق عليهم اسم "الدهون الجيدة" و "الدهون السيئة"


الفرق بين البني والدهون البيضاء

الآن نحن جميعًا ندرك جيدًا أن هناك دهونًا غذائية صحية (مرحبًا ، أوميغا 3!) بالإضافة إلى الدهون الغذائية غير الصالحة (انظر أبدًا ، الدهون المتحولة المصنعة). ولكن ماذا لو قلنا لك أن الأمر نفسه ينطبق على أنواع مختلفة من الأنسجة الدهنية في الجسم؟ وهذا يعني أنه قد يكون هناك نوع معين من الدهون ، يسمى الدهون البنية ، هذا في الواقع تحارب السمنة ، بدلا من تأجيجها.

مفتون؟ كنا نظن أنك ستكون كذلك.

إليك تفصيل علمي حول الدهون البنية مقابل الدهون البيضاء.


ما الفرق بين الدهون البيضاء والدهون البنية؟

عندما كنت عالمًا باحثًا في المعاهد الوطنية للصحة ، أصبحت معروفًا باسم & ldquofat doctor ، & rdquo وهو لقب حملته بفخر كبير. استلزم عملي تكوين فرق مع الجراحين في غرفة العمليات وحصاد الخلايا الدهنية البشرية أثناء الجراحة. بارك الله في كل واحد من الأشخاص الرائعين في البحث الذين وافقوا & mdashrather بسعادة ، قد أضيف! & mdashto اسمحوا لي بإزالة عينة صغيرة من الدهون من أجزاء مختلفة من أجسادهم ، سواء في الداخل (في أعماق البطن) أو تحت الجلد مباشرة (تحت الجلد). بعد ذلك ، تم وضع هذه الكرات الجيلاتينية اللامعة من الدهون بعناية في أسطوانة النيتروجين السائل المحمولة التي رافقتني في كل مكان. ثم انتقلت إلى مختبري لتحضير العينات لتجاربنا.

منحنياً فوق مقعد المختبر الخاص بي ، كنت أتعجب من جمال وقوة وغموض الخلايا الدهنية أو الخلايا الشحمية (adip = fat ، cyte = cell) ، كنت أراها تحت المجاهر المتخصصة. لقد خطر لي أيضًا أن معظم الناس ربما لا يمتلكون فكرة عما تفعله الخلايا الدهنية بخلاف إثارة العذاب والقلق عندما يحاولون وضع أنفسهم في بنطلون جينز.
إذن ماذا عن كتاب تمهيدي سريع حول كل الأشياء الدهنية ، بحيث يمكنك ، كما فعلت ، أن تتعلم تقدير هذه الأجزاء الرائعة والمتكاملة من تشريحنا ، وليس الاستخفاف بها؟ أنا & rsquom أتحدث فقط عن الدهون ككيان مادي وربحت وأتحدث عن أي قضايا تتعلق بنقص الوزن أو زيادة الوزن. هذا مجرد درس في علم التشريح!

إذن هنا & rsquos ملخص موجز لحقائق الدهون ، بدءًا من النوعين اللذين لدينا.

1. دهن بني
تتكون هذه الدهون من عدة قطرات صغيرة من الدهون (الدهون) وعدد كبير من الميتوكوندريا المحتوية على الحديد (محرك الخلية و rsquos الحارق للحرارة). يعطي الحديد ، إلى جانب الكثير من الأوعية الدموية الدقيقة ، هذه الدهون مظهرها البني. عادة ما توجد الدهون البنية في الجزء الأمامي والخلفي من الرقبة وأعلى الظهر.

الغرض من الدهون البنية هو حرق السعرات الحرارية لتوليد الحرارة. هذا & rsquos هو سبب الإشارة إلى الدهون البنية باسم & ldquogood & rdquo fat ، لأنها تساعدنا على حرق السعرات الحرارية وليس تخزينها. يُشتق الدهن البني من الأنسجة العضلية ويوجد بشكل أساسي في حيوانات السبات وحديثي الولادة. بعد حياة الرضيع ، تقل كمية الدهون البنية بشكل ملحوظ. يميل البالغون الذين لديهم دهون بنية أكثر نسبيًا إلى أن يكونوا أصغر سناً ونحيفًا ولديهم مستويات سكر طبيعية في الدم.

تولد الدهون البنية عن طريق: ممارسة الرياضة ، والتي يمكن أن تحول الدهون البيضاء الصفراء إلى دهون بنية أكثر نشاطًا في عملية التمثيل الغذائي والحصول على قسط كافٍ من النوم عالي الجودة ، حيث يؤثر إنتاج الميلاتونين المناسب على إنتاج الدهون البنية ويعرض نفسك للبرد بانتظام ، مثل ممارسة الرياضة في الهواء الطلق في فصل الشتاء أو في غرفة باردة. يعد خفض درجة الحرارة في أماكن المعيشة والعمل نصيحة أخرى.

الحد الأدنى: تريد أكبر قدر ممكن من هذا النوع من الدهون. جلب على البني!

2. الدهون البيضاء.
يتكون هذا النوع من الدهون من قطرة شحمية واحدة وتحتوي على كمية أقل بكثير من الميتوكوندريا والأوعية الدموية ، مما يؤدي إلى مظهرها الأبيض أو الأصفر الفاتح. الدهون البيضاء هي الشكل السائد للدهون في الجسم ، والتي تنشأ من النسيج الضام.

للدهون البيضاء أغراض كثيرة. يوفر أكبر احتياطي للطاقة في الجسم. إنه & rsquos عازل حراري ووسادة لأعضائنا الداخلية ، ووسائد أثناء التفاعلات الخارجية مع بيئتنا (رمز هذا & rsquos للهبوط الناعم عندما نتخلف عن الركب!). إنه عضو رئيسي في الغدد الصماء ، ينتج شكلاً واحدًا من هرمون الاستروجين بالإضافة إلى هرمون اللبتين ، وهو هرمون يساعد على تنظيم الشهية والجوع. كما يحتوي It & rsquos على مستقبلات للأنسولين وهرمون النمو والأدرينالين والكورتيزول (هرمون الإجهاد). لذلك ، من الأسطورة أن الخلايا الدهنية تجلس هناك ولا تفعل شيئًا طوال اليوم!

تم العثور على الدهون البيضاء ، أوه ، أنت تعرف مكان وجودها. فقط انظر للمراه! عند النساء ، تتراكم الدهون الزائدة حول الوركين والفخذين والأرداف والثديين حتى سن اليأس (الأربعينيات) ، عندما يتم إعادة توزيع الدهون في البطن أيضًا. يميل الرجال إلى تجمع الدهون الزائدة بشكل أساسي في منطقة البطن معظم حياتهم.

يرتبط وجود فائض من الدهون البيضاء داخل البطن (الدهون الحشوية) بمتلازمة التمثيل الغذائي ومجموعة من الأعراض التي تشير إلى زيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والسكري والسرطان. موقع الدهون في الجسم مهم حقًا! ترتبط الدهون البيضاء الزائدة في جميع أنحاء الجسم بزيادة خطر الإصابة بسرطان الثدي والقولون والمريء والمرارة وسرطان البنكرياس. كما أنه يترافق مع توقف التنفس أثناء النوم ، والإعاقات الجسدية مثل التهاب المفاصل في الركبة.

هنا & rsquos مقدار الدهون البيضاء التي سيحملها الشخص طوال العمر: تتراوح نسبة الدهون في الجسم للرجال و rsquos من 15 إلى 25 بالمائة من النساء و rsquos من 15 إلى 30 بالمائة. شخصك العام الذي يبلغ وزنه 154 رطلاً سيحمل حوالي 20 رطلاً من الدهون. يحتوي رطل واحد من الدهون المخزنة على ما يقرب من 4000 سعر حراري ، لذا فإن 20 رطلاً يحتوي على 80 ألف سعر حراري لتخزين الطاقة. إذا كنت بحاجة إلى 2000 سعرة حرارية للعيش يوميًا ، فستستمر أنت و rsquod حوالي 40 يومًا في جزيرة صحراوية. هذه الأرقام لا تعني أن تكون مثالية أو دقيقة ، ولكن بدلاً من ذلك ، تعطيك فكرة عامة وواسعة.

تولد الدهون البيضاء عن طريق: استهلاك الكثير من السعرات الحرارية وإنفاق سعرات حرارية قليلة جدًا.

الحد الأدنى: كنوع ، تعتبر الدهون البيضاء مهمة جدًا لبقائنا على قيد الحياة. انها & rsquos مسألة كم وأين يقع & rsquos. تريد التحكم في مستوى الدهون الحشوية (الحفاظ على محيط الخصر لديك أقل من 35 بوصة إذا كنت تريد & rsquore امرأة ، وأقل من 40 بوصة إذا كنت & rsquare رجل) والحفاظ على إجمالي الدهون في الجسم ضمن النطاقات الطبيعية لكل جنس.

هل تتفاعل الدهون البيضاء مع الدهون البنية؟ من الأفضل أن تصدق ذلك. أظهر بحث جديد أنه عندما يفرط الناس في تناول الطعام ، فإنهم لا يزيدون فقط الكمية الإجمالية للدهون البيضاء ، ولكن يؤدي الاستهلاك المفرط إلى اختلال وظيفي للدهون البنية وبالتالي عدم قدرتهم على حرق السعرات الحرارية.

حسنًا ، انتهى الدرس ، والآن أنت & rsquore مغلق ومحمّل بمعرفة جديدة حول كل الأشياء المتعلقة بالأنسجة الدهنية.

ابتداءً من اليوم ، اجعلها نقطة لتحقيق هدفين رئيسيين: تحسين وظيفة الدهون البنية لديك وإدارة حمولة الدهون البيضاء و [مدشبي] تفعل الشيء نفسه بالضبط. وهذا يعني ، تناول الأطعمة الكاملة باعتدال ، والبقاء نشيطًا ، وممارسة مقاومة الإجهاد ، واتباع أسلوب حياة يقظ. أنت & rsquoll تحافظ على تلك الميتوكوندريا hummin & rsquo بينما ترتفع صحتك وعافيتك!

--
نبذة عن الكاتب: باميلا بيك ، دكتوراه في الطب ، MPH ، FACP ، هي باحثة بيو في التغذية والتمثيل الغذائي ، وأستاذ مساعد للطب في جامعة ماريلاند ، وزميل الكلية الأمريكية للأطباء. إنها رياضية ومتسلقة جبال ، وتُعرف باسم & ldquothe doc الذي يتجول في الحديث ، و rdquo تعيش ما تعلمته & rsquos كخبير في الصحة واللياقة البدنية والتغذية. ظهرت الدكتورة Peeke كواحدة من الطبيبات الرائدات في أمريكا و rsquos في معرض المعاهد الوطنية للصحة المتغيرة للوجه الطبي في المكتبة الوطنية للطب. تركز أبحاثها الحالية في جامعة ميريلاند على العلاقة بين التأمل والإفراط في تناول الطعام. وهي مؤلفة للعديد من الكتب الأكثر مبيعًا ، بما في ذلك حارب الدهون بعد الأربعين. كتابها الجديد هو الأكثر مبيعًا في نيويورك تايمز إصلاح الجوع.


خصائص الأنسجة الدهنية ووظيفتها

اللدونة الأنسجة الدهنية

كما ذكر أعلاه ، يتم تصنيف الأنسجة الدهنية بشكل أساسي إلى WAT و BAT. كشفت الدراسات عن قدرة عالية من اللدونة الخلوية في الأنسجة الدهنية. يمكن أن يتحول WAT إلى نسيج شبيه بالبني عن طريق ، على سبيل المثال ، التحفيز الأدرينالي المطول والتعرض الحاد أو المستمر لظروف درجات الحرارة المنخفضة ، وهي كلها عوامل تنشط أيضًا التوليد الحراري لأفضل التقنيات المتاحة عن طريق تحفيز أكسدة الدهون (44 ، 45). تسمى عملية التنشيط هذه & # x02018browning & # x02019 ويطلق على الأنسجة الدهنية الناتجة اسم برايت (بني في أبيض) أو نسيج دهني بيج. من المثير للاهتمام أن قدرة البرد على إحداث اللون البني في WAT تنخفض مع تقدم العمر في الفئران والبشر (45). في المقابل ، يمكن أن تخضع BAT لـ & # x02018 whitening & # x02019 كما هو واضح ، على سبيل المثال ، مع & # x003b2- ضعف الإشارات الأدرينالية ، والالتهاب المزمن ، والتأقلم مع درجات الحرارة العالية ، والشيخوخة (46).

وظيفة تخزين وتوزيع WAT

WAT ليس نسيجًا ثابتًا: يمكن للخلايا الشحمية البيضاء أن تتوسع من خلال تضخم (زيادة حجم خلية الخلايا الدهنية الموجودة) و / أو تضخم (زيادة في العدد عن طريق تكوين خلايا شحمية جديدة من الخلايا الأولية أو الخلايا السلفية) لتخزين الطاقة الزائدة. يرتبط التوسع الضخامي بعواقب أيضية ضارة لأن الخلايا المتضخمة تتجاوز الحد الأقصى لانتشار الأكسجين مما قد يؤدي إلى نقص الأكسجة وحتى التليف والالتهاب ، وبالتالي مقاومة الأنسولين (47 & # x0201350). في المقابل ، يرتبط التوسع المفرط في التنسج بنتائج التمثيل الغذائي المواتية ويحدث في وقت واحد مع تكوين الأوعية ، مما يسمح بتزويد الخلايا الدهنية بالمغذيات والأكسجين من خلال الأوعية الدموية حديثة التكوين (51 ، 52). موضع الاهتمام ، يتم تنظيم تكوين الأوعية الدموية وتكوين الشحوم بشكل متبادل عن طريق عامل النمو البطاني الوعائي (VEGF) والمستقبلات التي تنشط بالبيروكسيسوم - & # x003b3 (PPAR & # x003b3) ، حيث أن تثبيط VEGF وفقدان PPAR & # x003b3 يقلل من تكوين الأوعية الدموية وتمايز الخلايا (preadipocyte) 53).

فيما يتعلق بتوزيع الدهون في الجسم ، يمكن تصنيف WAT عمومًا إلى مجموعتين عن طريق الترسيب التشريحي: المستودعات تحت الجلد ، مثل المستودعات الأمامية (الإبطية) والخلفية (الأربية) تحت الجلد للقوارض أو المستودعات البطنية تحت الجلد والألوية الفخذية للإنسان والمستودعات الحشوية ، على سبيل المثال المستودعات المساريقية والغدد التناسلية والثأرية وخلف الصفاق (54 ، 55). الاختلافات في توسيع WAT بين المستودعات التشريحية واضحة في كل من دراسات القوارض والبشر. بشكل عام ، ترتبط السمنة الحشوية بزيادة مخاطر حدوث مضاعفات التمثيل الغذائي ، وبالتالي ، تم اقتراح قياس محيط الخصر كمؤشر معقول لخطر الإصابة بالأمراض القلبية الوعائية وأمراض التمثيل الغذائي (56 & # x0201359).

من المثير للاهتمام ، أن هناك ازدواج الشكل الجنسي في تراكم الدهون. بمؤشر كتلة الجسم المكافئ (BMI) ، تتمتع النساء عمومًا بنسبة أعلى من الدهون في الجسم مقارنة بالرجال (60 & # x0201362). علاوة على ذلك ، عادةً ما تتراكم الدهون في الجسم حول الوركين والفخذين ، بشكل يشبه الجسم على شكل كمثرى ، بينما تتراكم الدهون حول البطن عند الرجال ، بشكل يشبه الجسم على شكل تفاحة (62 & # x0201364). بمعنى آخر ، النساء ، وكذلك إناث القوارض ، لديهن دهون حشوية أقل نسبيًا ودهون تحت الجلد أكثر من الذكور المتطابقين مع العمر (65 & # x0201369). يصبح توزيع الدهون المعتمد على الجنس واضحًا بعد البلوغ ، مما يشير إلى دور الهرمونات الجنسية هنا (70). تماشياً مع الدور المشتبه به للهرمونات الجنسية ، يتضاءل هذا الاختلاف بين الجنسين لدى النساء بعد انقطاع الطمث لأنهن يكتسبن الدهون الحشوية ويتحول شكل أجسامهن إلى توزيع دهون يشبه الذكور (71 ، 72). مناقشة آثار الهرمونات الجنسية على وظيفة WAT وتوزيعها خارج نطاق هذه المراجعة وتمت مراجعتها بشكل شامل في مكان آخر (63 ، 73).

BAT الحرارية ووظيفة التمثيل الغذائي

في ظل الظروف الفسيولوجية ، تحفز درجة الحرارة المحيطة المنخفضة المستقبلات الحرارية في الجلد والطبقة الجلدية التي تنقل المدخلات الحسية إلى منطقة ما قبل الجراحة في منطقة ما تحت المهاد. تقوم الدائرة العصبية تحت المهاد بعد ذلك بتحفيز الخلايا العصبية الودية التي تنشط تضيق الأوعية في الجلد والطبقة الجلدية لتقليل فقدان الحرارة. إذا كان التوليد السريع للحرارة مطلوبًا ، فإن الخلايا العصبية المتعاطفة تحفز أيضًا ارتعاش العضلات الهيكلية وتعزز توليد الحرارة غير المرتعش في أفضل التقنيات المتاحة (74). باستخدام فحوصات fluorodeoxyglucose-PET / CT ، تبين أن نشاط أفضل التقنيات المتاحة يرتبط سلبًا بدرجات الحرارة الخارجية وهو أكثر انتشارًا خلال فصل الشتاء من المواسم الأخرى (20). في البشر ، التعرض المزمن أو المتكرر للبرد ، على سبيل المثال ساعتان يوميًا لمدة 4 أسابيع ، يزيد من حجم ومعدل الأيض التأكسدي لـ BAT (75).

عند التعرض للبرد ، تفرز الأعصاب الودية في أفضل التقنيات المتاحة بافراز بافراز لتحفيز توليد الحرارة في أفضل التقنيات المتاحة عبر & # x003b2-adrenergic receptors (& # x003b2-ADR). في الفئران ، & # x003b23- لقد ثبت أن ADR هو العامل الرئيسي & # x003b2-ADR الذي يتحكم في توليد الحرارة في أفضل التقنيات المتاحة (76). ومع ذلك ، فإنه لا يزال قيد المناقشة ما إذا كان النوع الفرعي & # x003b2-ADR المتضمن في تنشيط BAT هو نفسه في الفئران والبشر. اقترحت دراسة حديثة أن & # x003b22- من المحتمل أن يكون ADR مسؤولاً عن نشاط أفضل التقنيات المتاحة لدى البشر (77) ، لكن بعض الدراسات أظهرت أيضًا أن & # x003b23- يمكن أن يؤدي ناهض ADR إلى زيادة نشاط أفضل التقنيات المتاحة (78 ، 79). الفرضية الحالية حول كيفية ارتباط استقلاب الشحوم بالتوليد الحراري في الخلايا الشحمية البنية في شكل 1 . يؤدي التنشيط الودي لأفضل التقنيات المتاحة إلى تحلل الدهون داخل الخلايا من TGs المخزنة في قطرات الدهون المحفزة بواسطة ليباز الدهون الثلاثية (ATGL) ، والليباز الحساس للهرمونات (HSL) ، وليباز أحادي الجلسرين (MGL) ، مما يؤدي إلى إطلاق الأحماض الدهنية التي تشكل الركيزة الرئيسية للتنفس الميتوكوندريا (80). في الخلايا الشحمية البنية ، لا ينتج عن هذا التنفس جزيئات ATP ولكنه يولد الحرارة بدلاً من ذلك عبر إجراءات UCP1 (80). بالإضافة إلى ذلك ، يحفز التعرض للبرودة أيضًا امتصاص الأحماض الدهنية والجلوكوز من الدورة الدموية إلى أفضل التقنيات المتاحة ، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات البلازما من الأحماض الدهنية الحرة ، TG ، والجلوكوز (81). بمجرد دخول الأحماض الدهنية إلى الخلايا الشحمية البنية ، سيتم استيرتها في TG ودمجها في قطرات الدهون قبل أن يتم تحللها للحصول على ركائز لفصل التوليد الحراري (81). تم تأكيد أهمية TG داخل الخلايا من خلال ضعف توليد الحرارة BAT في ذكور وإناث الفئران التي تعاني من نقص ATGL أثناء التعرض للبرد الحاد (82). علاوة على ذلك ، يؤدي التعرض للبرد UCP1 نسخ mRNA ووفرة بروتين UCP1 مع نسخ أعلى ونشاط للبروتينات الأساسية في دوران الركيزة (81 ، 83 & # x0201385). يؤدي التعرض للبرد المزمن أيضًا إلى اللون البني لـ WAT ، وكذلك mRNA والتعبير البروتيني لـ UCP1 في WAT للقوارض (83 ، 86 ، 87) والبشر (88). وتجدر الإشارة إلى أن هذا اللون البني يكون أكثر وضوحًا في WAT تحت الجلد منه في WAT الحشوي (89).

التوليد الحراري غير المرتعش واستقلاب الدهون في الخلايا الشحمية البنية. الاستجابات الحرارية الحادة عن طريق تنشيط & # x003b2-adrenergic receptors (& # x003b2-ADR) التي تحفز بالتالي (1) تحلل الدهون داخل الخلايا ، (2) امتصاص الأحماض الدهنية ، و (3) امتصاص الجلوكوز. إجمالاً ، تزيد هذه العمليات من توافر الأحماض الدهنية الحرة داخل الخلايا للتوليد الحراري عن طريق بروتين فصل الميتوكوندريا 1 (UCP1). يؤدي التعرض البارد المطول أيضًا إلى توليد الحرارة التكيفي عن طريق (4) تنظيم UCP1 تعبير مرنا.

أظهرت الأبحاث أهمية أفضل التقنيات المتاحة في تنظيم توازن الجسم من خلال آليات مختلفة تشمل الحديث المتبادل مع أعضاء متعددة [انظر للاطلاع على مراجعة شاملة (90)]. على سبيل المثال ، تساهم أفضل التقنيات المتاحة في التحكم في توازن الجلوكوز وتوازن الطاقة نظرًا لأن زرع أفضل التقنيات المتاحة يحسن حساسية الأنسولين ويقلل من وزن الجسم وكتلة WAT ويقلل من عدم تحمل الجلوكوز الناجم عن HFD (91 ، 92). يتم دعم وظيفة التمثيل الغذائي لتوليد الحرارة في BAT أيضًا من خلال الدراسات التي أجريت على الفئران الذكور التي تعاني من نقص UCP1 ، والتي تظهر ضعف تحمل الجلوكوز عند تغذية HFD (93). علاوة على ذلك ، فإن BAT هو أيضًا عضو في الغدد الصماء لأنه يفرز العديد من الأديبوكينات ، مثل adipokine adiponectin المعروف ، والمعروف بخصائصه المضادة لمرض السكري والمضادة للالتهابات ، والأديوكينات الأكثر احتمالا الخاصة بـ BAT ، على سبيل المثال ، بروتين تكوين العظام 8B (BMP8B) و Neuregulin-4 (NRG4) (94).


الطرق المؤدية إلى إحداث التخمير

أكثر المسارات التي تم دراستها والمعروف أنها تحفز تحول الخلايا الشحمية البيضاء إلى اللون البني تعمل من خلال عمل النورإبينفرين. يتم تحرير هذا من النهايات العصبية الودي ويعمل على مستقبلات بيتا الأدرينالية على سطح الخلايا الشحمية. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد التعرض للبرودة من إفراز ميوكين إيريسين وعامل نمو الأرومة الليفية الأديبوكينية البنية -21 (FGF21). تم اكتشاف هرمون ميوكيني إضافي يسببه التمرين والبرد (Meteorin-like Metrnl) مؤخرًا. تعزز هذه العوامل المفرزة تحول الخلايا الشحمية البيضاء إلى اللون البني وتمثل الروابط بين العضلات ، وأفضل التقنيات المتاحة ، و WAT ، مما يؤدي إلى تنظيم توليد الحرارة التكيفي الناجم عن البرد.

على الرغم من أن تعبير UCP1 هو السمة الرئيسية للخلايا اللطيفة ويستخدم بشكل روتيني لتحديد اللون البني لـ WAT ، تحدث أحداث أساسية أخرى أثناء هذه العملية ، مثل التولد الحيوي للميتوكوندريا وزيادة القدرة الخلوية على امتصاص الجلوكوز والأحماض الدهنية والأكسدة. لم يتم توضيح الجينات والمسارات التي تحدد الاختلافات الوظيفية والمورفولوجية الرئيسية بين الخلايا الدهنية البيضاء والخلايا الشحمية بشكل كامل.

لقد اعتمدنا استراتيجية لتحديد النسخة اللطيفة من خلال مقارنة ملفات تعريف التعبير لمستودعات BAT و WAT. لتحقيق ذلك ، تم تحديد مجموعة من الجينات على أنها غنية في أفضل التقنيات المتاحة مقابل WAT (من الفئران ذات الحياد الحراري) ، وكذلك زيادة في WAT بالتعرض البارد. أكد هذا التحليل تحريض جينات BAT Ucp1 و Cidea و PGC-1α و Plin5 و PPARα المرتبطة بتحول الأنسجة الدهنية إلى اللون البني. تشمل الجينات الإضافية التي تعد جزءًا من بصمة النسخ البني / brite مستقبل الأحماض الدهنية Gpr120 ، ومنظم إشارات البروتين G Rgs7 وعامل الإشارة Nrg4. تسلط هذه النتائج الضوء على اختلافات الإشارة التي يحتمل أن تكون مهمة بين الخلايا الشحمية البيضاء والبنية / البرايت.


تتفاعل الخلايا الضامة والخلايا الشحمية في الأحداث الفسيولوجية والمرضية

تعمل الأنسجة الدهنية البيضاء كعضو لتخزين الطاقة وتلعب دورًا متماثلًا في تبديد الطاقة [53]. علاوة على ذلك ، فإن الأنسجة الدهنية البنية تولد الحرارة من خلال التنفس المنفصل ، مما يحمي من انخفاض حرارة الجسم وارتفاع السكر في الدم وفرط شحميات الدم [54 ، 55]. بالإضافة إلى ذلك ، تعبر الخلايا الشحمية البيج بشكل محرض عن بروتين فصل الميتوكوندريا UCP1 استجابة للتعرض البارد وتنفذ وظيفة مولدة للحرارة وتبديد الطاقة تتخللها الأنسجة الدهنية البيضاء [56].

تفاعل البلاعم والخلايا الشحمية في استقلاب الطاقة

تم الإبلاغ عن أن الخلايا الشحمية البنية تطلق CXCL14 لتعزيز التوليد الحراري التكيفي من خلال تجنيد M2 الضامة وتفعيل أفضل التقنيات المتاحة وتحمير الدهون البيضاء [57]. وبالمثل ، فقد تم تحديد أن miR-10a-5p المتولد من أجهزة الصراف الآلي هو منظم محتمل للالتهاب في أجهزة الصراف الآلي ويحفز تكوين الشحم البيج في الخلايا الجذعية للخلايا الشحمية (ASCs) [58]. حاليًا ، تم تحديد أن دهون الأثير من نوع ألكيل جلسرين (AKGs) مثل أنواع الدهون الخاصة بحليب الثدي يتم استقلابه بواسطة أجهزة الصراف الآلي إلى عامل تنشيط الصفائح الدموية (PAF) ، والذي ينشط في النهاية إشارات IL-6 / STAT3 في الخلايا الدهنية ويؤدي إلى اللون البيج. نمو الأنسجة الدهنية عند الرضع [59]. في المقابل ، يؤدي الاستنفاد الجزئي لخلايا CD206 + M2 الضامة إلى زيادة عدد أسلاف البيج استجابةً للبرد في الفئران CD206DTR المعدلة وراثيًا [60]. يمكن أن تترافق الضامة M1 جزئيًا مع فشل في WAT perigonadal الذي يخضع للون البني ، كما يتضح من إزالة الضامة التي تعزز التعبير UCP1 الناجم عن البرد [61].

بالإضافة إلى ذلك ، تلتصق الضامة الالتهابية بالخلايا الشحمية ، بوساطة α4 الإنتجرين المرتبط بـ VCAM-1 ، مما يثبط التعبير الحراري UCP1 بطريقة تعتمد على Erk ، مما يضعف تكوين الشحم البيج في السمنة [62]. علاوة على ذلك ، تعدل البلاعم استقلاب الطاقة لـ WAT بطريقة paracrine المعتمدة على التنشيط ، كما يتضح من كيف أن الضامة المنخفضة CD163 عالية CD40 التي تم تنشيطها بواسطة IL-10 / TGF-قللت من التعبير عن الجين / البروتين المركب الميتوكوندريا III (UQCRC2) و ATP- مرتبط بالتنفس ، في حين أن CD40 مرتفع CD163 منخفض الضامة يتم تنشيطه بواسطة نشاط LPS / IFN- المحفز للخلايا الشحمية [63].

بالإضافة إلى ذلك ، فإن JAK2 ، وهو وسيط رئيسي في اتجاه مجرى السيتوكينات المختلفة وعوامل النمو ، وهو نقص في الضامة ، يحسن حساسية الأنسولين الجهازية ويقلل من الالتهاب في ضريبة القيمة المضافة والكبد استجابة للإجهاد الأيضي [64]. الصفيحة النووية عبارة عن بنية شبكة بروتينية تحيط بالمواد النووية التي تشارك في عدد من التفاعلات النووية الداخلية. يتوسط Lamin A / C التهاب أجهزة الصراف الآلي عن طريق تنشيط NF-B لتعزيز التعبير الجيني المسبّب للالتهابات ، وبالتالي تسريع مقاومة الأنسولين المرتبطة بالسمنة [65].

تفاعل البلاعم والخلايا الشحمية في تحلل السكر و OXPHOS

أظهرت الأدلة المتزايدة أن أجهزة الصراف الآلي تتبنى ملفًا استقلابيًا فريدًا مثل تحلل السكر والفسفرة المؤكسدة (OXPHOS) ، بينما تم الإبلاغ عن أكسدة الأحماض الدهنية وانحلال الجلوتامين وانحلال الجلوتامين لتسهيل أجهزة الصراف الآلي لإطلاق السيتوكين في الأنسجة الدهنية الخالية من الدهون [66]. الضامة الالتهابية (M1) لها سمات أيضية مثل زيادة تحلل السكر المعتمد على Hif1α المعتمد على السكسينات [66] وتقليل الفسفرة ، بالإضافة إلى نقطة توقف دورة TCA عند Idh [67]. من ناحية أخرى ، تمتلك الضامة المضادة للالتهابات (M2) خصائص مثل OXPHOS المحسن والتخليق الحيوي UDP-GlcNAc وتدفقات المسار المرتبطة بالجلوتامين [67]. تم تحفيز Cpt2 A - / - الفئران التي تم فيها حذف أكسدة الأحماض الدهنية طويلة السلسلة للميتوكوندريا للخضوع لفقدان أفضل التقنيات المتاحة وتقليل تعبير UCP1 عن طريق إعطاء β3-adrenergic (CL-316243) أو هرمون الغدة الدرقية (GC-1) منبهات ، مما يشير إلى أن أكسدة الأحماض الدهنية ضرورية لتطوير أفضل التقنيات المتاحة أثناء التنشيط والهدوء [68].

إن إطلاق السكسينات بواسطة الأنسجة الدهنية هو استجابة لنقص الأكسجة وارتفاع السكر في الدم. يتوسط تنشيط مستقبل السكسينات 1 (SUCNR1) تسلل البلاعم والالتهاب في السمنة ، كما يتضح من كيفية عرض الفئران Sucnr1 انخفاض أعداد البلاعم وزيادة تحمل الجلوكوز [69]. تمت مراجعة تأثير نقص الأكسجة في الأنسجة الدهنية على الخلايا البدائية وأجهزة الصراف الآلي في السمنة بالتفصيل في المرجع [70].

الضامة ، الخلايا الشحمية والجهاز العصبي

التفاعل بين علم المناعة العصبي واستقلاب المناعة منتشر داخل الأنسجة الدهنية ، حيث تلعب الخلايا المناعية والجهاز العصبي الودي دورًا حاسمًا في التوازن الأيضي والسمنة [71]. أثر التفاعل بين الخلايا العصبية والضامة على بيولوجيا الخلايا الشحمية واستقلاب الجسم بالكامل [72]. على الرغم من أن الضامة المنشطة بدلاً من ذلك لا تصنع كميات مناسبة من الكاتيكولامينات [73] ، فقد أظهرت دراسة حديثة أن الفئران Irs2 LyzM تقاوم السمنة عند تغذية HFD عن طريق تنظيم وظيفة الأعصاب الودية وتوافر الكاتيكولامين في الأنسجة الدهنية لتفعيل أفضل التقنيات المتاحة. والبيج من WAT [74]. تُظهر البلاعم الناقصة في Irs2 ملفًا مضادًا للالتهابات ويقوم الكاتيكولامينات بكسح الجينات المرتبطة بها لدعم تعصيب الأنسجة الدهنية المتعاطفة [74].

كان من المفترض أن الضامة المرتبطة بالخلايا العصبية (SAMs) تتراكم بشكل مرضي في أعصاب الجهاز العصبي الودي (SNS) للأشخاص الذين يعانون من السمنة المفرطة بطريقة خاصة بالأعضاء ، حيث تعمل كمغسلة للنورإبينفرين (NE) وتمارس نشاطًا محفزًا للالتهاب [75]. أدى حذف Mecp2 في CX3CR1 + الضامة إلى إعاقة التعصيب الودي لأفضل التقنيات المتاحة ، مما أدى إلى تعطيل إشارات NE المطلوبة للتعبير عن بروتين الفصل 1 (UCP1) والتوليد الحراري لأفضل التقنيات المتاحة [76]. تم عكس ضعف تحلل الدهون الناجم عن الكاتيكولامين في الشيخوخة عن طريق تغيير التعبير عن NLRP3 ، وعامل تمايز النمو -3 (GDF3) وأكسيداز أحادي الأمين A (MAOA) في الضامة AT عن طريق تنظيم التوافر البيولوجي للنورادرينالين [77].

تفاعلات البلاعم والخلايا الشحمية في جوانب أخرى

تقاطع البيئة المكروية للأنسجة الدهنية نضوج البلعمة الذاتية المتأخر في الضامة ، مما يدعم التكوين الحيوي المحسن لقطرات الدهون (LD) وتشكيل خلايا الرغوة AT (FC) ، مما يساهم في اختلال وظيفة AT في السمنة [78]. عامل النمو / التمايز 3 (GDF3) عبارة عن يجند كيناز 7 (ALK7) يشبه مستقبلات أكتيفين يتم إنتاجه من CD11c + الضامة للتحكم في تحلل الدهون وتراكم الدهون المباشر المعتمد على ALK7 في الجسم الحي. تم توضيح أن محور GDF3-ALK7 بين الضامة والخلايا الشحمية مرتبط بتنظيم الأنسولين لكل من التمثيل الغذائي للدهون والكتلة [79]. يجب الحفاظ على عرض المستضد إما عن طريق أجهزة الصراف الآلي أو الخلايا الشحمية من أجل تحسين التمثيل الغذائي للجلوكوز الجهازي في الفئران التي تتغذى على HFD [80]. يؤدي الخسارة المحددة لوظيفة APC في أجهزة الصراف الآلي إلى إنتاج فئران أكثر تحملاً للجلوكوز. يؤدي فقدان وظيفة APC في أجهزة الصراف الآلي أو الخلايا الشحمية ، ولكن ليس كليهما ، إلى تحسين التمثيل الغذائي للجلوكوز الجهازي [80].


ما الفرق بين الدهون البيضاء والدهون البنية؟

من السهل تجميع "الدهون" في فئة واحدة - المواد الموجودة تحت الجلد والتي تجعل معدتك تذبذب ويمكن أن تزيد من خطر الإصابة بمرض السكري وأمراض القلب. لكن ليست كل الدهون متساوية. لسنوات ، عرف العلماء أن الأنسجة الدهنية تأتي في لونين مختلفين على الأقل. الدهون البيضاء ، التي يعرفها معظمنا ، تخزن الطاقة في قطرات زيتية كبيرة في جميع أنحاء الجسم. بكميات كبيرة يمكن أن يؤدي إلى السمنة.

وعلى العكس من ذلك ، تحتوي الدهون البنية على قطيرات أصغر وكميات عالية من الميتوكوندريا ، والتي تضفي على الأنسجة لونها الكستنائي. تستخدم الميتوكوندريا ، محطات توليد الطاقة في الجسم ، هذه القطيرات الدهنية لتوليد الحرارة. تساعد الأنسجة الأطفال حديثي الولادة - الذين يفتقرون إلى العزل الذي يوفره شعر الجسم ولم يتعلموا بعد كيف يرتجفون - على تنظيم درجة حرارة أجسامهم.

اعتقد العلماء ذات مرة أن كل الدهون البنية تختفي مع بلوغ سن الرشد. ولكن في عام 2009 ، كشف بحث جديد في مجلة New England Journal of Medicine أن البالغين يمكنهم إنتاج الدهون البنية أيضًا. الآن ، يستكشف العلماء طرقًا جديدة لتسخير الأنسجة السمراء لأغراض علاجية بسبب قدرتها على تحويل الدهون إلى طاقة.

تقول بعض الدراسات أن التعرض لدرجات الحرارة الباردة يمكن أن يدفع الجسم إلى تجنيد المزيد من الخلايا الدهنية البنية. ورقة أخرى تبحث في كيفية الاستفادة من الدهون البنية لمكافحة مرض السكري والسمنة. في النهاية ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث على البشر لمعرفة كيف يمكن للدهون البنية أن تساعد في علاج هذه الحالات.


بدائل جديدة للثقافات ثلاثية الأبعاد

طرق تشكيل كروي

أ) سقالات مطبوعة ثلاثية الأبعاد

يستخدم Bioprinting لتضمين الخلايا داخل سقالة مطبوعة ثلاثية الأبعاد كوسيلة لتشكيل مجاميع خلوية ، مما يجعلها في الأساس المكافئ البيولوجي لأنظمة التصميم والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAD-CAM). الطريقة العامة هي أن مصفوفة تحتوي على خلايا ، غالبًا ما تكون هيدروجيل ، تنبثق على سطح بنمط مبرمج مسبقًا لتشكيل بنية ثلاثية الأبعاد. ثم تشكل الخلايا المغلفة الأجسام الشبه الكروية داخل مصفوفة الهيدروجيل هذه ، والتي يمكن أن تكون قاسية أو شبيهة بالهلام كما هو مطلوب بناءً على المصفوفة والحشو المختار في التصميم.

يستخدم الكولاجين من النوع الأول بشكل شائع ليكون بمثابة مصفوفة لهيدروجيل مطبوع ويمكن طباعته على شكل كرة لتشكيل "الأجسام الشبه الكروية" جنبًا إلى جنب مع جزء الأوعية الدموية اللحمية المشتقة من الدهون (SVF) [81]. إنه من هذا النوع من الخلايا ، والخلايا الجذعية المشتقة منه ، نوجه تركيزنا. تم تصنيع هذه الأجسام الشبه الكروية المعينة باستخدام تقنيات البثق على أسطح شديدة المقاومة للماء مطلية قبل الطباعة. بعد البلمرة ، تم وضعها في مفاعل حيوي معلق للحضانة للسماح للأجسام الشبه الكروية بالنضوج إلى خلايا شحمية [81]. لسوء الحظ ، هذه الطريقة معقدة للغاية ، وهناك طرق أبسط بكثير متاحة لإنشاء بنية مماثلة. يمكن أيضًا تحقيق السقالة ثلاثية الأبعاد باستخدام الجيلاتين وألجينات الصوديوم كمصفوفة وحشو. يتم استخدامه مع مزيج الفيبرينوجين / الخلوي الذي يستخدم لإنشاء الأجسام الشبه الكروية داخل الهيدروجيل المطبوع ، والذي يتم طباعته على شكل شبكة للسماح للأكسجين والوسائط بالتدفق بحرية من خلال ضمان حصول الأجسام الشبه الكروية على تغذية أكبر مقارنة بالسقالات الأخرى [81،82،83،84].

طريقة البثق لا تقل أهمية عن مصفوفة البثق المستخدمة. هناك العديد من تقنيات البثق ، بما في ذلك الكتابة المباشرة والطباعة بالحبر النفاث [81]. تستخدم الطباعة بالحبر النفاث نهج "من أسفل إلى أعلى" لإنشاء سقالة ثلاثية الأبعاد كما تم تصميمها بواسطة الكمبيوتر. تقوم هذه الطريقة بطباعة "هيكل عظمي" للكائن الذي تم إنشاؤه عن طريق طباعة قطرات من المادة من خلال إبرة مصنوعة خصيصًا لطابعة تجارية في شكل السقالة المصممة. من ناحية أخرى ، تقوم الطباعة الحيوية بالكتابة المباشرة بطباعة طبقة تلو الأخرى التصميم الذي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر باستخدام طاقة هوائية أو ميكانيكية من خلال حقنة [81]. يوضح الشكل 2. التخطيطي للمقارنة بين الاثنين. وكلاهما مستخدم ، على الرغم من أن طريقة الكتابة المباشرة تبدو أنها الطريقة التي تكتسب شعبية [82]. يمكن أيضًا استخدام طريقة الكتابة المباشرة لطباعة الأشكال الكروية في شكل قطرات داخل المحلول. في إحدى هذه الحالات ، يضاف خليط الخلية / الألجينات بالتنقيط إلى محلول كلوريد الكالسيوم ، والذي يشكل البنية ثلاثية الأبعاد اللازمة لهذه الخلايا لتشكيل الأجسام الشبه الكروية داخل هلام الألجينات [82]. هذه الدقة مفيدة ، على الرغم من عدم قدرة المرء على إزالة الخلايا لأي فحوصات كمية قد تكون مطلوبة.

تخطيطي يقارن بين طرق الطباعة بالحبر النفاث والكتابة المباشرة ثلاثية الأبعاد. تستخدم الطباعة بالحبر النفاث نهج "من أسفل إلى أعلى" لإنشاء سقالة ثلاثية الأبعاد وطباعة "هيكل عظمي" للكائن الذي تم إنشاؤه عن طريق طباعة قطرات من المادة. تقوم طريقة الكتابة المباشرة بطباعة طبقة التصميم بطبقة باستخدام الطاقة الهوائية أو الميكانيكية. (أعيد طبعه بإذن من [81])

B) Microfluidic devices

Microchips, also known as microfluidic devices, allow researchers to analyze cells by culturing them in restricted spaces, often only a few micrometers in size. Though there are many cell types that this method could be used for, our focus remains on stem cell proliferation and differentiation. The generalized way is that cells are forced into a three-dimensional formation by seeding them within a limited space and flowing media across them. This process allows for a three-dimensional culture on a micro scale and gives researchers control over the microenvironment surrounding the cells. Such culture systems can be directly purchased or can be custom printed based on a microfabricated template using a traditional 3D printer [85], and can be made by some biocompatible polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS). The use of these polymers has been variable in creating stable spheroids for long-term cultures, though their ability to provide a more in vivo like structure by having dynamic media flow has proven useful in cell-cell interactions studies [85].

In order to improve upon these devices, the culture conditions were altered rather than the materials. Some methods use micropatterning within their devices, while other ways use droplet-based microfluidic devices to create their own, controlled microenvironments, as shown in Fig. 3 [86,87,88]. This method uses droplets made of gel-based substances such as agarose, alginate, gelatin, or polyethylene glycol to encapsulate cells and allow them to form spheroids. These droplets can either be used within the microfluidic device or created using the device and act as a stand-alone device [85, 86]. Many reasons justify why one would want to culture cells in using microfluidic devices, including the small number of cells needed for each chip or condition, and the procedure can be conducted directly on a microscope for easy viewing. However, the cells cannot be removed from the microchip once they have been seeded.

Schematic of the double-emulsion method of forming a microenvironment using microfluidic devices. The orange represents a water-based media, the blue represents an oil-based substance for first layer emulsion, and the white represents a water-based solution. (Reprinted with permission from [87])

C) Hanging drop

Hanging drop plates and trays can be bought from a manufacturer or created within the lab and exploits surface tension and gravity to form spheroids [89, 90]. The generalized method is that cells are seeded into a small amount of media within a micro-well plate. When inverted, the droplet creates an environment that allows for the cells to repel from the surface [89]. The cells come together at the air-liquid interface and form a single spheroid. The gas exchange here is relatively high, allowing the cells to maintain nutrition and oxygen for more extended periods than traditional cell cultures, though the resultant spheroids would need to be moved to another plate for long-term experiments, including those involving stem cell differentiation [91]. One main advantage of the hanging drop method is that it has a high throughput capability in that this method creates a uniform, reproducible spheroids, making them convenient for experiments with pharmaceutical applications [90, 91]. The fact that the spheroids take only a couple of days to form is advantageous. However, only one spheroid can be made within each well of a hanging drop plate/tray, thus requiring a more significant quantity of plates in comparison to other methods. There are also issues with the inversion process itself, though this is overcome by adding the cell suspension `through the access holes created in Fig. 4 [91].

A cartoon depicting an example of cell seeding using the hanging drop method within the well of a specialized hanging drop plate that uses surface tension and gravity to form spheroids. The cells come together at the air-liquid interface and form a single spheroid. (Reprinted with permission from [91])

D) Hydrogels

Hydrogels are widely used as a three-dimensional cell culture model to develop spheroids (Fig. 5) [92]. The common gel-forming materials have been hyaluronic acid, polyethylene glycol, or different kinds of collagen, which could be obtained from human, rat, bovine, or goat [67, 92,93,94,95]. Optionally, additives can be incorporated as a way to “lock down” cells, provide therapeutic drug release, or to increase specific properties within the material. The intended change in property depends upon the additive, such as a crosslinker, which improves properties such as stiffness, modulus, and longevity [67, 92,93,94,95].

Schematic of the formation of spheroids within a hydrogel matrix. Cells are typically suspended in the precursor solution that sets to form the hydrogel. Mechanically stiff or chemically crosslinked hydrogels can “lock down” the encapsulated cells and lead to spheroid formation. (Reprinted with permission from [92])

An important note to consider when using hydrogels in an experiment is the impact it may have on the cell type that is being used. This impact is especially significant in stem cell research, as it is not only important to consider the restraints placed upon the stem cells themselves, but also upon the differentiated lineage, the cells will follow. For example, osteogenic stem cell differentiation may require different mechanical properties within the hydrogel than stem cells differentiated as a chondrogenic lineage, just as they do in vivo [92]. Though hydrogels can be used for longer-term cultures, depending upon the materials that make up the hydrogel, another point to consider is if one can dissolve the hydrogel once the experiment is done without damaging the spheroids within the hydrogel. This fact also depends highly upon the components of the hydrogel itself and is usually digested by an enzyme such as collagenase, or diluted with media and separated by centrifugation [67, 92]. When cells are seeded within a hydrogel, especially one that is cross-linked, the ultimate proliferative capability of the cells will be less than in a monolayer, two dimensional culture, just because once the cells are “locked down” by the constraints of the hydrogel, they tend to form spheroids with the cells that are already available. This is especially true with hASCs, as their signal to stop proliferation is controlled by confluence [67, 92,93,94,95].

There are many advantages to using hydrogels for spheroid formation, in that the methods used in creating hydrogels is highly diverse and yet each is reasonably straightforward, and spheroid formation is highly reproducible. The type of cell, the cellular concentration at seed time, size of the spheroid intended, and removal of spheroids at end time are all points to consider in designing a hydrogel experiment.

E) Ultra-low attachment plates

Ultra-low attachment plates (ULA), have been used for many years and have helped expand the research of spheroid formation with their use on their own and as modified methods to create new ways of forming spheroids. The primary method is that the ULA plates are, at their surface, uninhabitable by cells [96]. Thus, the cells repel from the surface to form spheroids, creating a free-floating and three-dimensional culture within the media itself [67, 89]. The main attraction of this method is the simplicity of its design. However, the main drawback to using this method is to maintain the spheroids without losing them. When new media is exchanged for old, it is highly likely that some of the spheroids within the media will be aspirated with the older media and lost. This fact is highly disconcerting, as the more massive spheroids tend to be most easily moved by media exchange, thus losing the more physiologically relevant spheroids with each media exchange. One way to counteract this is to use the media itself as a way to gather data about the spheroids that were lost [96]. Media can contain the excretions of the cells within it, thus creating a kind of metric for how well the spheroids are doing based on their metabolic systems, which will be slightly different for each cell type. Amaral et al. used this method to determine the concentrations of lactate, glucose, and glutamine to track the cells’ metabolic activity [89]. Another way to accomplish this would be to centrifuge the aspirated media and re-suspend the separated spheroids with a small amount of fresh media and replaced into the well. However, this may interfere with the spheroid interaction and concentration within the well. This method, though highly straightforward, should consider the stem cell differentiation lineage when designing experiments with stem cells. When differentiating stem cells into an adipogenic lineage, for example, this method would not be recommended, only because adipocytes become more buoyant over time, and are more likely to be lost during media exchange.

F) Magnetic plates

Magnetic plates, or using magnetism to manipulate cells to form spheroids, is a relatively new method of three-dimensional cell culture. These plates are commercially available or can be made within the lab, by creating a hydrogel containing magnetic nanoparticles [97, 98]. One method employees a microfluidic device to generate gel beads, using oil/water emulsion, within each was a high concentration of cells and magnetic nanoparticles. These beads were then separated from the oil into a media buffer using a magnet to attract the cell beads, which were then transferred to a 96-well plate and cultured as normal [97]. Another method uses magnetic nanoparticles within a high cell concentrated well. When a magnet is passed beneath the wells, the cells are forced into a spheroid formation by the magnetic nanoparticles within the media [98]. Using magnetism to create a three-dimensional culture has many advantages, mainly because the method is incredibly easy to use. However, the cost of the nanoparticles in comparison to other methods may prove to be a hindrance for this method in the future.

G) Surface-tethered spheroid formation

Surface-tethered spheroids are created by changing the surface chemistry of the growth substrate. Elastin-like polypeptides (ELP) conjugated to polyelectrolytes (PE) have been used in coatings as a three-dimensional culture method for many different cell types. Here, the biocompatible ELP encourages cells to adhere to the surface, and the polyelectrolyte repels the cells from the coated surface. This process causes the cells to prefer one another to the surface, forming cell aggregates in the form of spheroids, while at the same time tethering to the surface (Fig. 6) [74]. The polyelectrolyte proven to be the most effective for these coatings within the past research is polyethyleneimine (PEI) [93, 99]. PEI has been shown to be cytotoxic on its own, but when conjugated to ELP, becomes biocompatible and induces spheroid formation. ELP-PEI coated surfaces are highly beneficial for culturing hASCs into the spheroid formation and subsequent differentiation of hASCs. The advantages of surface-tethered spheroids lie in the cells longevity, in that hASCs have been cultured using this method up to 21 days [99]. However, during their differentiation and maturation into adipocytes in vitro, stem cells differentiated along the adipogenic lineage begin to absorb fats during maturation and start to become more buoyant over time. Such fat-laden cells eventually lift off of the culture surface and are lost during the next media change. Because of the loss of physiologically relevant spheroids, elastin-like polypeptide-polyelectrolyte coated surfaces are used to form spheroids as a long-term culture method for mature adipocytes in vitro, in an attempt to tether the spheroids until the cell’s buoyant properties overcome the surface’s ability to keep the spheroid fastened to the surface [70,71,72, 93, 99].

Schematic of differentiation of surface-tethered spheroids of hASCs atop a surface coated with elastin-like polypeptide-polyethyleneimine (ELP-PEI). The PEI repels the cells from the coated surface and induces spheroid formation, while the biocompatible ELP encourages the formed spheroids to adhere to the surface. Such surface-tethered spheroids can then be differentiated to the desired lineage (e.g., adipogenic lineage) by their differentiation and maturation under a suitable, physiologically-relevant microenvironment. (Reprinted with permission from [74])


Stimulating the "browning" process

Simple yet effective, the cell-therapy approach sees white adipose tissue extracted from the body and converted into brown fat. This is done by culturing tissue fragments in media-containing growth factors, a process that can take up to three weeks. The "browning" process was measured using a handful of biomarkers, including mitochondrial activity and the presence of UCP1, a brown fat protein marker. The new brown fat was then retransplanted in the patient using a grafting procedure commonly performed by plastic surgeons during cosmetic and reconstructive surgery.

Led by professor of biomedical engineering Sam Sia, the Scientific Reports study builds on previous research spotlighting the energy-burning capacity of brown fat tissue in both humans and animals.

"Our approach to increasing brown fat is potentially safer than drugs because the only thing going into patients is their own tissue, and it's highly controllable because we can tune the amount of brown fat we inject," explains Sia. "The process is also so simple that it could be potentially performed using an automated system within a doctor's office or clinic."


محتويات

The presence of brown adipose tissue in adult humans was discovered in 2003 during FDG-PET scans to detect metastatic cancers. [12] [13] Using these scans and data from human autopsies, several brown adipose tissue deposits have been identified. في الرضع, brown adipose tissue depots include, but are not limited to: interscapular, supraclavicular, suprarenal, pericardial, para-aortic and around the pancreas, kidney and trachea. [14] These deposits gradually get more white fat-like during adulthood. في الكبار, the deposits that are most often detected in FDG-PET scans are the supraclavicular, paravertebral, mediastinal, para-aortic and suprarenal ones. [15] [16] It remains to be determined whether these deposits are 'classical' brown adipose tissue or beige/brite fat. [17] [18]

Brown fat in humans in the scientific and popular literature refers to two cell populations defined by both anatomical location and cellular morphology. Both share the presence of small lipid droplets and numerous iron-rich mitochondria, giving the brown appearance.

  • "Classical" brown fat is found in highly vascularized deposits in somewhat consistent anatomical locations, such as between the shoulder blades, surrounding the kidneys, the neck, and supraclavicular area, and along the spinal cord. This is the smaller of the two types and has numerous small lipid droplets.
  • Beige fat is the adrenergically inducible cell type that is dispersed throughout adipose tissue. It has greater variability in lipid droplet size and a greater proportion of lipid droplets to mitochondria than white fat, giving it a light brown appearance. [19]

Brown fat cells come from the middle embryo layer, mesoderm, also the source of myocytes (muscle cells), adipocytes, and chondrocytes (cartilage cells).

The classic population of brown fat cells and muscle cells both seem to be derived from the same population of stem cells in the mesoderm, paraxial mesoderm. Both have the intrinsic capacity to activate the myogenic factor 5 (Myf5) promoter, a trait only associated with myocytes and this population of brown fat. Progenitors of traditional white fat cells and adrenergically induced brown fat do not have the capacity to activate the Myf5 promoter. Both adipocytes and brown adipocyte may be derived from pericytes, the cells which surround the blood vessels that run through white fat tissue. [3] [20] Notably, this is not the same as the presence of Myf5 protein, which is involved in the development of many tissues.

Additionally, muscle cells that were cultured with the transcription factor PRDM16 were converted into brown fat cells, and brown fat cells without PRDM16 were converted into muscle cells. [3]

The mitochondria in a eukaryotic cell utilize fuels to produce adenosine triphosphate (ATP). This process involves storing energy as a proton gradient, also known as the proton motive force (PMF), across the mitochondrial inner membrane. This energy is used to synthesize ATP when the protons flow across the membrane (down their concentration gradient) through the ATP synthase complex this is known as chemiosmosis.

In endotherms, body heat is maintained by signaling the mitochondria to allow protons to run back along the gradient without producing ATP (proton leak). This can occur since an alternative return route for the protons exists through an uncoupling protein in the inner membrane. This protein, known as uncoupling protein 1 (thermogenin), facilitates the return of the protons after they have been actively pumped out of the mitochondria by the electron transport chain. This alternative route for protons uncouples oxidative phosphorylation and the energy in the PMF is instead released as heat.

To some degree, all cells of endotherms give off heat, especially when body temperature is below a regulatory threshold. However, brown adipose tissue is highly specialized for this non-shivering thermogenesis. First, each cell has a higher number of mitochondria compared to more typical cells. Second, these mitochondria have a higher-than-normal concentration of thermogenin in the inner membrane.

Infants Edit

In neonates (newborn infants), brown fat makes up about 5% of the body mass and is located on the back, along the upper half of the spine and toward the shoulders. It is of great importance to avoid hypothermia, as lethal cold is a major death risk for premature neonates. Numerous factors make infants more susceptible to cold than adults:

  • A higher ratio of body surface area (proportional to heat loss) to body volume (proportional to heat production)
  • A higher proportional surface area of the head
  • A low amount of musculature and the inability to shiver
  • A lack of thermal insulation, e.g., subcutaneous fat and fine body hair (especially in prematurely born children)
  • An inability to move away from cold areas, air currents or heat-draining materials
  • An inability to use additional ways of keeping warm (e.g., drying their skin, putting on clothing, moving into warmer areas, or performing physical exercise)
  • A nervous system that is not fully developed and does not respond quickly and/or properly to cold (e.g., by contracting blood vessels in and just below the skin: vasoconstriction).

Heat production in brown fat provides an infant with an alternative means of heat regulation.

الكبار تحرير

It was believed that after infants grow up, most of the mitochondria (which are responsible for the brown color) in brown adipose tissue disappear, and the tissue becomes similar in function and appearance to white fat. In rare cases, brown fat continues to grow, rather than involuting this leads to a tumour known as a hibernoma. More recent research has shown that brown fat is related not to white fat, but to skeletal muscle. [21] [22] [23]

Studies using positron emission tomography scanning of adult humans have shown that brown adipose tissue is still present in most adults in the upper chest and neck (especially paravertebrally). The remaining deposits become more visible (increasing tracer uptake, meaning more metabolically active) with cold exposure, and less visible if an adrenergic beta blocker is given before the scan. These discoveries could lead to new methods of weight loss, since brown fat takes calories from normal fat and burns it. Scientists have been able to stimulate brown fat growth in mice. [24] [25] [26] [27] One study of APOE knock out mice showed cold exposure could promote atherosclerotic plaque growth and instability. [28] The study mice were subjected to sustained low temperatures of 4 °C for 8 weeks which may have caused a stress condition, due to rapid forced change rather than a safe acclimatisation, that can be used to understand the effect on adult humans of modest reductions of ambient temperature of just 5 to 10 °C. Furthermore, several newer studies have documented the substantial benefits of cold exposure in multiple species including humans, for example researchers concluded that "activation of brown adipose tissue is a powerful therapeutic avenue to ameliorate hyperlipidaemia and protect from atherosclerosis" [29] and that brown fat activation reduces plasma triglyceride and cholesterol levels and attenuates diet-induced atherosclerosis development. [30]

Long term studies of adult humans are needed to establish a balance of benefit and risk, in combination with historical research of living conditions of recent human generations prior to the current increase of poor health related to excessive accumulation of white fat. Pharmacological approaches using β3-adrenoceptor agonists have been shown to enhance glucose metabolic activity of brown adipose tissue in rodents. [31] [32] [33]

Additionally research has shown:

  • Brown adipose tissue activation improves glucose homeostasis [34] and insulin sensitivity in humans [35] suggesting that anyone with impaired insulin function might benefit from BAT activation however, there is broader application given research showing even mildly elevated blood glucose in healthy non-diabetic humans is associated with damage over time of many organs such as eyes, tendons, endothelial/cardiovascular system and brain, [36][37][38] and results in higher levels of damaging advanced glycation end products.
  • Brown adipose tissue activation may play an important role in bone health and bone density. [39][40]
  • Brown adipose tissue activation through cold exposure increases adiponectin levels, just two hours of cold exposure resulted in a 70% increase in circulating adiponectin in adult men. [41]Centenarians (both men and women) and their offspring have been found to have genetics that boost adiponectin, and they have higher circulating adiponectin, suggesting a link between longevity and adiponectin production. [42] In addition, high concentrations of plasma adiponectin in centenarians was associated with favorable metabolic indicators, and with lower levels of C-reactive protein and E-selectin. [43]
  • Cold exposure increases circulating irisin. [44] Irisin improves insulin sensitivity, increases bone quality and quantity [التوضيح المطلوب] , is involved in the building of lean muscle mass, and helps reduce obesity by converting white fat to brown fat, [45] providing many of the same benefits of exercise. [46] Healthy centenarians are characterized by increased serum irisin levels, whereas levels of this hormone were found to be significantly lower in young patients with myocardial infarction. These findings may prompt further research into the role played by irisin not only in vascular disorders but also in life span modulation. [47] Production (FGF-21) has been documented as a pathway to longevity. [48] BAT activation through cold exposure up-regulates circulating fibroblast growth factor 21 (FGF21) in humans by 37%. [44] FGF21 improves insulin sensitivity and glucose metabolism [49] which may partially explain its longevity promoting benefits.
  • Under basal environmental temperatures, HDAC3 primes expression of UCP1 and the brown fat thermogenic program to ensure acute cold survival through the deacetylation and activation of PGC-1alpha. [50]
  • Cold exposure increases SIRT1 phosphorylation/activity in both skeletal muscle and BAT, increasing thermogenesis and insulin sensitivity through deacetylation of PGC-1alpha and other protein targets. [51] Elevated SIRT1 levels in people are associated with increased human longevity. [52]SIRT1 (and the other sirtuins) have many metabolic effects, but an important one for improving health and longevity is the fact that SIRT1 increases insulin sensitivity and glucose control in skeletal muscles, [53] triggers the browning of white fat [54] and increases BAT activity. [55]

The interscapular brown adipose tissue is commonly and inappropriately referred to as the hibernating gland. [56] Whilst believed by many to be a type of gland, it is actually a collection of adipose tissues lying between the scapulae of rodentine mammals. [57] Composed of brown adipose tissue and divided into two lobes, it resembles a primitive gland, regulating the output of a variety of hormones. [58] [59] [60] The function of the tissue appears to be involved in the storage of medium to small lipid chains for consumption during hibernation, the smaller lipid structure allowing for a more rapid path of energy production than glycolysis.

In studies where the interscapular brown adipose tissue of rats were lesioned, it was demonstrated that the rats had difficulty regulating their normal body-weight. [60]

The longest-lived small mammals, bats (30 years) and naked mole rats (32 years), all have remarkably high levels of brown adipose tissue and brown adipose tissue activity. [61] [62] [63] [64] [65]


شاهد الفيديو: Vraag 4 - Wat is die verskil tussen interne en eksterne selfbeskikking? (أغسطس 2022).