Молекулы мозга удалось отследить без радиоактивных меток

Увеличение кровотока под действием CGRP (слева), регистрируемое на МРТ

Alan Jasanoff / MIT

Американские ученые разработали метод динамической визуализации функциональных молекул мозга, не требующий использования радиоактивных или химических меток. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

В настоящее время стандартом визуализации интересующего типа молекул является использование радиоактивных меток — замены какого-либо атома молекулы на радиоактивный изотоп с последующей регистрацией излучения в месте его накопления методом сцинтиграфии, позитронно-эмиссионной или однофотонной компьютерной томографии. Этот метод обладает относительно низкой разрешающей способностью и практически не способен отслеживать динамические процессы.

Сотрудники Массачусетского технологического института предложили использовать с этой целью модифицированный природный белок — пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP). Это наиболее сильное из известных сосудорасширяющих веществ, эффективно расширяющее артериолы в наномолярных концентрациях.

Идея ученых состоит в том, что аналоги CGRP можно связать с блокирующим их действие агентом, который высвобождает пептид только при контакте с интересующей молекулой. Свободный CGRP вызывает расширение окружающих сосудов, увеличивая кровоток, что, в свою очередь, легко зарегистрировать с помощью МРТ или оптически. Такое местное увеличение кровоснабжения позволяет выявить участки мозга, где присутствует изучаемая молекула, например, белок или нейромедиатор.

В качестве демонстрации возможностей метода ученые присоединили к CGRP дополнительную аминокислотную последовательность, которая инактивирует его и отщепляется под действием протеаз мозга. При введении этого соединения в мозг крыс CGRP высвобождался в участках с высокой активностью протеаз, вызывая локальное расширение сосудов, которое легко поддавалось визуализации.

В настоящее время исследователи работают над модификациями CGRP, которые позволят отслеживать минимальные концентрации определенных нейромедиаторов, например, дофамина или серотонина. Параллельно ведется поиск способа доставки подобных маркеров через гематоэнцефалический барьер, чтобы избежать необходимости их непосредственного введения в мозг.

Еще одним потенциальным применением методики может стать наблюдение за активностью отдельных генов путем введения в них последовательности, кодирующей CGRP. При работе гена маркер будет экспрессироваться совместно с его продуктом, вызывая стойкое расширение сосудов. Подобный подход может облегчить проведение многих лабораторных исследований.

В последнее время было разработано еще несколько оригинальных технологий изучения центральной нервной системы. Так, ученым удалось пронаблюдать эпигенетическую регуляцию работы человеческого мозга в реальном времени и создать мозговой имплантат, позволяющий регистрировать активность отдельных нейронов. Кроме того, исследователи научились сохранять нейронные связи в замороженных образцах ткани мозга.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.