Ученые нашли ключ к разгадке тайны дегенеративных заболеваний головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера

Ученые разработали NeuM — метод маркировки нейронов, который позволяет детально отслеживать структуру нейронов. Успешный мониторинг неврологических изменений на срок до 72 часов.

Болезнь Альцгеймера Болезнь Паркинсона, болезнь Паркинсона и инсульт являются основной триадой нейродегенеративных состояний. Эти нарушения характеризуются дисфункцией и прогрессирующим разрушением нервных клеток, нейронов. Чтобы понять основные механизмы этих неврологических состояний и сформулировать методы лечения, важно иметь методы маркировки, которые позволяют визуализировать изменения нейронов как в здоровых, так и в патологических состояниях.

Исследовательская группа под руководством доктора Ким Ён Кёна из Института науки о мозге Корейского института науки и технологий (Кист, в сотрудничестве с командой профессора Чжан Юн-тая из Университета науки и технологий Пхохан, объявили о разработке технологии маркировки нейронов следующего поколения под названием NeuM. NeuM (селективные нейрональные мембраны) избирательно маркирует нейрональные мембраны, визуализируя нейрональные структуры и позволяя отслеживать изменения в нейронах в режиме реального времени.

Исследователи из команды доктора Ким Юн Гёна из KIST используют технологию маркировки нейронов нового поколения NeuM для визуализации нейронов в режиме реального времени и изучения изображений с высоким разрешением. Фото: Корейский институт науки и технологий.

Нейроны постоянно изменяют свою структуру и функции, чтобы передавать информацию от органов чувств в мозг и организовывать мысли, воспоминания и поведение. Поэтому для преодоления нейродегенеративных заболеваний необходимо разработать методы избирательного мечения живых нейронов для мониторинга в реальном времени. Однако современные методы маркировки на основе генов и антител, которые обычно используются для мониторинга нейронов, страдают от упадка. Точность Долгосрочное отслеживание затруднено из-за его зависимости от экспрессии генов или конкретных белков.

Преимущества и возможности NeuM

NeuM, разработанный исследовательской группой посредством молекулярного дизайна нейронов, обладает превосходным сродством к мембранам нейронов, что позволяет осуществлять долгосрочное отслеживание и визуализацию нейронов с высоким разрешением. Флуоресцентные датчики в NeuM прикрепляются к мембранам нейронов, используя активность живых клеток, и излучают флуоресцентные сигналы при возбуждении светом определенной длины волны. Эта визуализация мембран нейрональных клеток позволяет детально наблюдать за структурами нервных окончаний и контролировать с высоким разрешением дифференцировку и взаимодействие нейронов.

Молекулярный дизайн избирательного мечения мембран нейронов. Фото: Корейский институт науки и технологий.

NeuM, первая технология окрашивания клеточных мембран посредством эндоцитоза в живых нейронах, демонстрирует избирательную реактивность по отношению к живым клеткам, исключая мертвые клетки без интернализации. Кроме того, исследовательской группе удалось увеличить время мониторинга нейронов с 6 часов до 72 часов, что позволило фиксировать динамические изменения в живых нейронах в течение длительного периода в ответ на изменения окружающей среды.

Ожидается, что NeuM предоставит информацию об исследованиях и разработке методов лечения нейродегенеративных заболеваний, от которых в настоящее время не существует лекарства. Эти заболевания, включая болезнь Альцгеймера, возникают в результате повреждения нервных клеток из-за выработки токсичных белков, таких как амилоид, и притока воспалительных веществ. Тщательный мониторинг NeuM на предмет неврологических изменений может эффективно облегчить оценку потенциальных терапевтических соединений.

«НейМ, который был разработан на этот раз, может различать стареющие и дегенерирующие нейроны, становясь важнейшим инструментом в выяснении механизмов дегенеративных заболеваний головного мозга и разработке методов лечения», — сказал доктор Ким. Он также добавил: «В будущем мы планируем улучшить NeuM для более точного анализа нейронов, разработав длины волн флуоресценции, чтобы различать такие цвета, как зеленый и красный».

Ссылка: «NeuM: нейрон-селективный зонд, встроенный в мембраны живых нейронов посредством клатрин-опосредованного усиленного эндоцитоза в первичных нейронах», авторы Юнсик Сонг, Лизавета Готина, Кю-Хён Ким, Юнг-Юл Ли, Сольджи Шин, Хира Азиз, Донг- Мин Кан, Сяо 7 декабря 2023 г., 7 декабря 2023 г. Angewandte Chemie, международное издание.
дои: 10.1002/anie.202312942

Это исследование было поддержано Министерством науки и информационных технологий (министр Ли Чон Хо) через крупные проекты KIST и проект «Преодоление деменции» (RS-2023-00261784).