Белки помогут увидеть мозг изнутри

Как увидеть активность мозга без использования радиации, применима ли эта технология для человеческого организма и при чем тут мигрень, разбирался Indicator.Ru.

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) надеются увидеть молекулы, контролирующие активность мозга. Для этого они разработали зонд, который позволяет получить изображения этих молекул без использования каких-либо химичесих или радиоактивных меток.

На сегодняшний день золотым стандартом визуализации молекул в мозге является маркирование их радиоактивными метками. Однако разрешение у снимков, полученных таким методом, достаточно низкое, и, по словам Алана Хасаноффа, профессора биоинженерии из Массачусетского технологического института, радиоактивные маркеры нельзя использовать для того, чтобы наблюдать динамику.

Профессор Хасанофф и его коллеги разработали специальные белковые датчики, предназначенных для обнаружения конкретной цели. В близости этих датчиков кровеносные сосуды расширяются. Это приводит к изменению кровотока, которое визуализируется путем магнитно-резонансной томографии (МРТ) и другими похожими методами.

«Наша идея позволила обнаруживать молекулы, которые находятся в головном мозге на биологически низких уровнях, и сделать их агентами визуализации, что, в конечном счете, можно применить на практике в человеческом организме, — прокомментировал Хасанофф. — Мы также можем включать эти молекулы и выключать их, и это ключ к обнаружению динамических процессов в головном мозге».

В исследовании, с текстом которого можно ознакомиться в научном журнале Nature Communications (кратко о нем сообщает сайт MIT), группа ученых использовали маркеры для обнаружения ферментов, которые называются протеазы. Их конечная цель была использовать белок для контроля активности нейротрансмиттеров, действующих в роли химических посыльных между клетками мозга. В своих датчиках исследователи использовали модифицированный природный пептид, который генетически связан с пептидом под названием кальцитонин (CGRP). Он активизируется во время мигрени или воспалительных процессов.

Ученые спроектировали датчик таким образом, чтобы пептиды могли оказаться в ловушке внутри белковой клетки, удерживающей их от взаимодействия с кровеносными сосудами. Визуализация этого процесса при помощи МРТ помогает увидеть, где именно были обнаружены протеазы. Биоинженеры рассказали, что непосредственно молекулы нельзя будет увидеть, но изменения в организме, на которые они влияют, могут быть эффективно визуализированы.

Протеазы нередко используют в качестве биомаркеров для диагностики ряда заболеваний, например рака и болезни Альцгеймера. В ходе текущего исследования ученые использовали их с целью выяснить, обоснован ли такой подход. Теперь исследователи работают над адаптацией этих отображающих агентов для мониторинга таких нейротрансмиттеров, как дофамин и серотонин, а также гормонов, которые специализируются на обработке эмоций и имеют важное значение для познания.

Для этого ученые планируют модифицировать клетки, окружающие CGRP, в результате чего они могут быть удалены путем взаимодействия с конкретным нейротрансмиттером.

«Теперь мы хотим обнаружить уровни нейротрансмитеров, которые в сотню раз меньше увиденного нами ранее. Кроме того, мы ищем возможность использовать как можно меньше агентов визуализации, так как это препятствует применению нашего метода в обследовании людей», — рассказал Хасанофф.

Визуализация также может помочь, если модифицировать клетку таким образом, чтобы ген CGRP был включен, тогда как ген, интересующий исследователей, — выключен. То есть ученые могли бы использовать вызванные CGRP изменения в кровотоке для наблюдения за тем, какие клетки отвечают за экспрессию гена-мишени. Это позволит определить роль этих клеток и генов в разных режимах. Авторы исследования отмечают, что многие модели поведения предполагают включение и выключение генов, и подход, разработанный учеными, можно использовать для того, чтобы измерить, где и когда гены включаются в разных частях мозга.