Водоросли и цианобактерии в мозге спасли головастиков от гипоксии
Инъекция одноклеточных водорослей и цианобактерий в сердце головастиков лягушек помогла нейронам восстановить работу в бескислородных условиях — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Cell. По кровотоку водоросли из сердца попадали в мозг и на свету производили там кислород, количество которого оказалось достаточным для перезапуска неработающих нейронов. Такой подход может оказаться эффективным при тяжелых случаях дыхательной недостаточности.
Мозг потребляет от четверти до трети всего кислорода, поступающего животному извне, и первым страдает при его нехватке. Для терапии таких состояний у человека обычно используют гипербарическую оксигенацию или искусственную вентиляцию легких, однако для обоих подходов существуют противопоказания. А вот некоторые животные предпочитают пользоваться кислородом, который производят другие организмы — фотосинтетики. Известны случаи, когда они объединяются с водорослями или бактериями и в симбиозе получают от них кислород: так делают губки, кораллы и даже саламандры.
Исследователи из университета Людвига Максимилиана в Мюнхене под руководством Сьюзан Озугур (Suzan Özugur) попробовали искусственно повысить содержание кислорода в мозге при помощи фотосинтезирующих водорослей. Для этого они выбрали цианобактерию синехостцис (Synechocystis sp.) и хламидомонаду (C. reinhardtii). Раствор с микроорганизмами инъецировали головастикам шпорцевых лягушек в желудочек сердца. Распространение микроорганизмов по сосудам отследили при помощи флуоресцентных молекул в смеси, которые заставляли сосуды светиться.
После этого биологи измерили количество фотосинтетического кислорода в мозге головастиков. Для этого количество кислорода последовательно измерили на свету и в темноте. Оказалось, что в желудочке мозга обе водоросли значительно повысили количество кислорода на свету (p < 0,001). При этом при повышении количества кислорода нейроны мозга стали активироваться чаще.
Тогда ученые предположили, что такие инъекции способны добавлять нейронам недостающий кислород для работы в условиях гипоксии. Из воды, где содержались лягушки, биологи удалили весь кислород и записали активность нейронов в темноте. Ожидаемо, в условиях гипоксии те полностью перестали работать. Тогда свет включили — и нейроны возобновили нормальную работу. При этом такое восстановление активности проходило гораздо быстрее, чем вентиляция кислородом раствора, в котором находились животные. Исследователи считают, что такой способ можно будет использовать для терапии заболеваний, связанных с гипоксией. Но, конечно, для этого потребуется больше исследований об эффектах нахождения бактерий и водорослей в мозге.
Фотосинтезирующие микроорганизмы в мозге — не единственный оригинальный подход к терапии гипоксии. Недавно исследователи предложили справляться с ней при помощи анальной вентиляции. При дыхательной недостаточности помогли как газовая, так и жидкостная вентиляции.
Анна Муравьёва
С помощью модуляции дофаминовой сигнализации
Американские ученые разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Введение этого вектора макакам-резусам с симптомами алкоголизма снижало вероятность злоупотребления алкоголя в течение года. Как сообщается в журнале Nature Medicine, такое изменение в поведении сопровождалось нейрофизиологическими модуляциями дофаминовой сигнализации в прилежащем ядре, которая обычно страдает при хроническом употреблении алкоголя. Несмотря на то, что расстройства, связанные с употреблением алкоголя, наносят огромный экономический и социальный ущерб, существует лишь несколько эффективных фармакотерапевтических средств. При этом не существует подходов, которые бы непосредственно воздействовали на лежащие в основе адаптации нейронные контуры, которые формируются при длительном употреблением алкоголя и лежат в основе алкогольной зависимости. Команда ученых под руководством Кристофа Банкевича (Krystof Bankiewicz) из Университета штата Огайо исследовала, как на эти схемы мог бы повлиять глиальный нейротрофический фактор (GDNF), поскольку известно, что он принимает непосредственное участие в регуляции дофаминергических нейронов (они непосредственно связаны с развитием алкоголизма). Для этого авторы разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий GDNF. Поскольку неспособность длительно отказываться от алкоголя и неспособность сократить количество потребляемого алкоголя выступают двумя основными проблемами у людей с алкогольной зависимостью, ученые смоделировали такое поведение у макак. Они многократно повторяли циклы ежедневного опьянения с последующим воздержанием от алкоголя. Когда необходимые паттерны поведения были достигнуты, макаки-резусы четыре недели пили воду вместо этанола. Затем каждой обезьяне в мозг вводили либо экспериментальный, либо контрольный вектор. Через два месяца макакам возобновили доступ к алкоголю на четыре недели. В общей сложности ученые шесть раз повторили циклы принудительного воздержания и повторного введения алкоголя, чтобы смоделировать подобные циклы. Экспериментальный вектор значительно снижал потребление алкоголя в периоды повторного введения алкоголя в течение года (р ≤ 0,001). Причем у макак из экспериментальной группы наблюдалось снижение максимальной дозы потребляемого алкоголя уже в первый день после абстиненции (р ≤ 0,0001). Магнитно-резонансная томография и гистологические исследования тканей мозга показали, что лечение вектором с GDNF восстанавливало дофаминергическую функцию в прилежащем ядре, которая обычно снижена в мезолимбической системе после хронического употребления алкоголя. Повышенная экспрессия GDNF увеличивала доступность и использование дофамина в пути вознаграждения макак до значений, сравнимых со здоровыми макаками. Это доклиническое исследование показывает возможность нового подхода к лечению алкоголизма — с помощью генной терапии. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подробного профиля безопасности препарата у животных. Недавно мы рассказывали, что тягу к алкоголю (и другим веществам) можно зафиксировать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.
