Материалы портала «Научная Россия»

Исследователи используют нанотехнологии для восстановления мозговых функций

Исследователи используют нанотехнологии для восстановления мозговых функций
Ученые используют наночатицы для доставки корректирующих белков для восстановления функций мозга, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Neuroscience.

Ученые используют наночастицы для доставки корректирующих белков для восстановления функций мозга, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Neuroscience.

Работая с мышиной и человеческой тканью, исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают о новых доказательствах того, что белок, выкачиваемый из некоторых, - но не всех - популяций "вспомогательных" клеток в мозге, называемых астроцитами, играет особую роль в управлении формированием связей между нейронами, необходимых для обучения и формирования новых воспоминаний.

Используя мышей, генетически сконструированных и выведенных с меньшим количеством таких соединений, исследователи провели эксперименты с проверкой концепции, которые показали, что они могут доставлять корректирующие белки с помощью наночастиц, чтобы заменить недостающий белок, необходимый для «ремонта участка дороги» на дефектной нервной магистрали.

Поскольку такие соединительные связи теряются или повреждаются из-за нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, или определенных типов умственных недостатков, таких как болезнь Норри, исследователи говорят, что их результаты продвигают усилия по восстановлению цепей и нормальной функции мозга.

«Мы изучаем фундаментальную биологию того, как функционируют астроциты, но, возможно, мы обнаружили новую цель для потенциального вмешательства в нейродегенеративные заболевания с помощью новой терапии», - говорит Джеффри Ротштейн, доктор медицинских наук, профессор неврологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса.

«Хотя в мозге все астроциты выглядят одинаково, у нас было предположение, что они могут играть специализированную роль в мозге из-за региональных различий в функции мозга и из-за наблюдаемых изменений при некоторых заболеваниях, - говорит Ротштейн. – Есть надежда на то, что обучение использованию индивидуальных различий в этих различных популяциях астроцитов может позволить нам направить развитие мозга или даже обратить вспять последствия определенных состояний мозга, и наши текущие исследования усилили эту надежду».

В мозге астроциты являются опорными клетками, которые действуют как направляющие для новых клеток, способствуют химической передаче сигналов и удаляют побочные продукты метаболизма клеток мозга.

Команда Ротштейна сосредоточилась на конкретном астроцитарном белке - глутаматном транспортере-1, который, как предполагали предыдущие исследования, отсутствовал в астроцитах определенных частей мозга с нейродегенеративными заболеваниями. Подобно биологическому пылесосу, белок обычно всасывает глутамат химического «посыльного» из промежутков между нейронами после того, как сообщение отправлено в другую клетку, что необходимо для прекращения передачи и предотвращения накопления токсичных уровней глутамата.

Когда эти переносчики глутамата исчезают из определенных частей мозга - таких как моторная кора и спинной мозг у людей с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) - глутамат слишком долго остается между нейронами, посылая сообщения, которые перевозбуждают и убивают клетки.

Чтобы выяснить, как мозг решает, какие клетки нуждаются в транспортерах глутамата, Ротштейн и его коллеги сосредоточили внимание на области ДНК перед геном, которая обычно управляет включением-выключением, необходимым для производства белка. Они генетически модифицировали мышей, чтобы они светились красным цветом в каждой клетке, где активирован ген.

Обычно транспортер глутамата включен во всех астроцитах. Ученые анализировали от 1000 до 7000-битные сегменты кода ДНК из двухпозиционного переключателя для глутамата, и все клетки мозга светились красным, включая нейроны. Только когда исследователи попробовали самую большую последовательность 8,300-битного кода ДНК из этого места, исследователи начали видеть некоторый отбор в красных клетках. Все эти красные клетки были астроцитами, но только в определенных слоях коры головного мозга у мышей.

Поскольку исследователи могли идентифицировать эти «8,3 красных астроцита», они думали, что у них может быть специфическая функция, отличная от других астроцитов в мозге. Чтобы точнее выяснить, что эти 8,3 красных астроцита делают в головном мозге, исследователи использовали машину для сортировки клеток, чтобы отделить красные астроциты от неокрашенных в корковой ткани головного мозга мыши, а затем определили, какие гены работали на гораздо более высоком уровне по сравнению с неокрашенными клеточными популяциями. Исследователи обнаружили, что 8,3 красных астроцита включают высокий уровень гена, который кодирует другой белок, известный как норрин.

Команда Ротштейна взяла нейроны из нормального мозга мыши, обработала их норрином и обнаружила, что в этих нейронах растет больше «ветвей» - или расширений - используемых для передачи химических сообщений между клетками мозга. Затем, по словам Ротштейна, исследователи изучили мозг мышей, сконструированных так, чтобы в них отсутствовал норрин, и увидели, что у этих нейронов было меньше ветвей, чем у здоровых мышей, которые вырабатывали норрин.

В другом эксперименте исследовательская группа взяла код ДНК для норрина плюс 8 300 «локационных» ДНК и собрала их в доставляемые наночастицы. Когда они вводили наночастицы норрина в мозг мышей, сконструированных без норрина, нейроны у этих мышей начали быстро выращивать гораздо больше ветвей - процесс, предполагающий восстановление нейронных сетей. Они повторили эти эксперименты с человеческими нейронами тоже.

Ротштейн отмечает, что мутации в белке норрин, которые снижают уровни белка у людей, вызывают болезнь Норри - редкое генетическое заболевание, которое может привести к слепоте у младенцев и умственной отсталости. Поскольку исследователи смогли вырастить новые ветви для общения, они полагают, что когда-нибудь можно будет использовать норрин для лечения некоторых типов умственных расстройств, таких как болезнь Норри.

Для своих следующих шагов исследователи изучают, может ли норрин восстанавливать связи в мозге животных моделей с нейродегенеративными заболеваниями, и в рамках подготовки к потенциальному успеху Миллер и Ротштейн подали патент на норрин.

[Фото: eurekalert.org, Juan Gaertner: ru.123rf.com]

Источник: eurekalert.org

астроциты белки болезнь альцгеймера болезнь норри мозг нейродегенеративные нарушения нейронные связи

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.