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

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 допамин 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.