В ТГУ разработали первый в мире неинвазивный инструмент мониторинга миграции молодых нейронов

Нейробиологи ТГУ совместно с коллегами из Бельгии и США создали первый в мире неинвазивный инструмент, с помощью которого можно отслеживать передвижение молодых нейронов. Для этого ученые помечают новые клетки головного мозга специальным маркёром, который виден на МРТ. «Курьером» для доставки выступают вирусные векторы – инактивированные вирусы, способные легко проникать в клетку. Новый инструмент позволит прогнозировать динамику восстановления пациентов и оценивать темпы реабилитации после инсульта и черепно-мозговых травм.

«Известно, что после инсульта в особых зонах нейрогенеза идет активная выработка молодых нейронов. Они мигрируют в пораженную область, чтобы заместить погибшие, – поясняет руководитель лаборатории нейробиологии Биологического института ТГУ Марина Ходанович. – Но ранее не было методов, позволяющих отследить эти клетки в живом мозге, это можно было понять только постмортально.

Чтобы увидеть, какой путь проходят молодые нейроны, мы совместно с коллегами из Университета Лёвена (Бельгия) – Ириной Сири (Irina Thiry) и Вероникой Дэниэлс (Veronique Daniels) – сконструировали специальные векторы на основе ленитивирусов и аденоассоциированных вирусов.

Генные инженеры извлекли из них патогенный компонент и вставили ген, который увеличивает выработку ферритина, и еще специальную генетическую последовательность (промотор), благодаря которой выработка ферритина будет увеличиваться только в молодых нейронах. Молодые нейроны накапливают ферритин, а, значит, и железо, что позволяет нам увидеть их на МРТ».

Новый инструмент исследователи опробовали на крысах. Посредством ювелирной операции ученые моделировали у лабораторных животных ишемический инсульт головного мозга, вводили генетическую метку и отслеживали процесс нейрогенеза. Головной мозг крыс сканировали на самом мощном в России высокопольном магнитно-резонансном томографе, предназначенном для исследований на мелких лабораторных животных. Уникальное оборудование находится в ИЦИГ СО РАН (Новосибирск).

«В рамках эксперимента оценивалось состояние сорока животных, переживших инсульт, – рассказывает Марина Ходанович. – В течение месяца каждому из них проводили несколько сканирований. На сканах МРТ мы увидели изменения, характерные для накопления железа. Потом мы исследовали срезы мозга животных и выявили клетки, накопившие ферритин.

Оказалось, что локализация изменения сигнала МРТ и нейронов, накопивших ферритин, хорошо совпадают, причем не только с молодыми, но и со взрослыми нейронами, включившимися в нейросети. Это говорит о том, что первый неинвазивный способ отслеживания новых нейронов с использованием вирусных векторов действительно эффективен.

По словам нейробиолга, этот метод нельзя использовать на людях, ведь увеличение содержания ферритина влияет на метаболизм клетки. Но новый подход позволяет понять и проследить на животных, как мозг восстанавливается после инсульта, травмы и других заболеваний. Эти знания помогут создать новые методы терапии и прогнозировать восстановление мозга после тяжелых нарушений.

В ближайшее время ученым предстоит проанализировать большой объем информации, полученной в ходе эксперимента. Это позволит не только выявить новые данные о нейронах, но и оценить функциональные характеристики векторов, выбрать из них самые эффективные и безопасные с точки зрения изменения функций нейронов.

Новый метод дает возможность следить и за другими клетками нервной системы, которые пока невозможно увидеть на МРТ. Например, при ишемии вокруг очага возникает глиальный рубец – своеобразный барьер, огораживающий область, в которой находятся погибшие клетки. До определенного времени, пока иммунные клетки не уберут «мусор» в виде погибший нейронов, этот рубец даже полезен, но позже он мешает прорастанию аксонов (отростков, по которому идут нервные импульсы) и восстановлению деятельности центральной нервной системы.

«Пока нет возможности неинвазивно посмотреть астроциты – те клетки, которые формируют глиальный рубец, но использование вирусных векторов способно решить эту проблему, – добавляет Марина Юрьевна. – Доставив метки к астроцитам, можно будет увидеть их «поведение». В перспективе можно найти способ изменения их морфологии, чтобы разрушить глиальный рубец и ускорить процесс восстановления пациента. Это лишь один вариант использования векторов. Потенциал нового инструмента гораздо шире».

Добавим, что в рамках дальнейших исследований нейробиологи ТГУ намерены получить еще целый ряд важных данных – выяснить функциональные особенности новых нейронов и насколько полноценно они включаются в работу нейросети.