Ученые Томского государственного университета вместе с партнерами из Бельгии и США представили инновационный неинвазивный метод для наблюдения за перемещением молодых нейронов. Суть разработки заключается в маркировке новых клеток мозга особым маркером, видимым при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Доставку метки обеспечивают вирусные векторы – безопасные, инактивированные вирусы, легко проникающие в клетки. Этот перспективный инструмент, созданный при поддержке Российского научного фонда (РНФ), открывает возможности для прогнозирования восстановления пациентов и оценки скорости реабилитации после инсультов и травм головного мозга.
Как увидеть невидимое: принцип работы нового метода
«После инсульта в зонах нейрогенеза активно образуются молодые нейроны, которые мигрируют к поврежденному участку, замещая погибшие клетки, – объясняет руководитель лаборатории нейробиологии Биологического института ТГУ Марина Ходанович. – Раньше отследить их движение в живом мозге было невозможно, это удавалось лишь посмертно. Чтобы визуализировать путь новых нейронов, мы совместно с коллегами из Университета Лёвена – Ириной Сири и Вероникой Дэниэлс – разработали уникальные векторы на основе лентивирусов и аденоассоциированных вирусов. Генные инженеры удалили патогенные компоненты и внедрили ген, усиливающий выработку ферритина, а также специальный промотор, активирующий этот процесс исключительно в молодых нейронах. Накопление ферритина и железа делает клетки видимыми на МРТ».
Испытания на животных: подтверждение эффективности
Новый метод был успешно протестирован на лабораторных крысах. Ученые смоделировали у животных ишемический инсульт, ввели генетическую метку и наблюдали за процессом нейрогенеза. Сканирование мозга проводилось на самом мощном в России высокопольном МРТ-томографе для мелких животных, расположенном в Институте цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск).
Результаты сканирования: точное совпадение
«В эксперименте участвовали 40 крыс, перенесших инсульт, – рассказывает Марина Ходанович. – В течение месяца каждое животное прошло несколько сеансов МРТ. На снимках мы зафиксировали изменения сигнала, характерные для накопления железа. Последующее исследование срезов мозга подтвердило наличие клеток с высоким содержанием ферритина. Поразительно, но области изменений на МРТ точно совпали с расположением не только молодых, но и зрелых нейронов, интегрировавшихся в нейросети. Это убедительно доказывает высокую эффективность первого неинвазивного метода отслеживания новых нейронов с применением вирусных векторов».
Перспективы для медицины и науки
Хотя метод пока неприменим к людям из-за влияния ферритина на клеточный метаболизм, он предоставляет бесценную возможность изучать на животных моделях механизмы восстановления мозга после инсульта, травм и других поражений. Эти знания станут основой для разработки инновационных методов терапии и точного прогнозирования реабилитации.
Широкие возможности технологии
Новый подход также позволяет наблюдать за другими клетками нервной системы, недоступными для стандартной МРТ-визуализации. Например, при ишемии вокруг очага повреждения формируется глиальный рубец – защитный барьер из астроцитов. Изначально он полезен, изолируя зону с погибшими клетками, но позже препятствует росту аксонов и восстановлению нервной деятельности.
«Пока невозможно неинвазивно визуализировать астроциты, формирующие рубец, но вирусные векторы способны решить и эту задачу, – отмечает Марина Ходанович. – Маркировка астроцитов позволит наблюдать их поведение. В будущем это может привести к разработке методов изменения их структуры для разрушения рубца и ускорения выздоровления. Данное применение – лишь одно из многих, потенциал новой технологии поистине огромен».
Дальнейшие шаги исследования
В ближайших планах ученых ТГУ – анализ обширных данных, полученных в ходе эксперимента. Это позволит не только углубить понимание нейронов, но и оценить функциональные свойства векторов, выявив наиболее эффективные и безопасные варианты. Дальнейшие исследования также направлены на изучение функциональных особенностей новых нейронов и степени их интеграции в существующие нейросети.
