Нейробиологи ТГУ совместно с коллегами из Бельгии и США создали 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, созданный при поддержке РНФ, позволит прогнозировать динамику восстановления пациентов и оценивать темпы реабилитации после инсульта и черепно-мозговых травм. 

mcao-kudabaeva-ms.jpg 
– Известно, что после инсульта в особых зонах нейрогенеза идёт 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 учёные 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 40 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 учёным предстоит проанализировать большой объём 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 даёт 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 определённого 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. 

Источники

Ученые ТГУ разработали способ мониторинга миграции молодых нейронов
Томский государственный университет (tsu.ru), 20/10/2020
В ТГУ разработали первый в мире неинвазивный инструмент мониторинга миграции молодых нейронов - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 20/10/2020
Ученые ТГУ создали инструмент для слежки за молодыми нейронами в мозге
News-Life (news-life.pro), 20/10/2020
Ученые ТГУ создали инструмент для слежки за молодыми нейронами в мозге
РИА Томск (riatomsk.ru), 20/10/2020
Томские ученые помогли разработать первый в мире неинвазивный способ мониторинга миграции молодых нейронов
Томский обзор (obzor.city), 20/10/2020
Томские ученые помогли разработать первый в мире неинвазивный способ мониторинга миграции молодых нейронов
Gorodskoyportal.ru/tomsk, 20/10/2020
Ученые ТГУ разработали способ мониторинга миграции молодых нейронов
Поиск (poisknews.ru), 21/10/2020
Томские и зарубежные ученые нашли способ мониторинга миграции молодых нейронов
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 21/10/2020
В ТГУ разработали первый в мире неинвазивный инструмент мониторинга миграции молодых нейронов
Искусственный интеллект ИТ новости (ai-news.ru), 21/10/2020
Нейробиологи ТГУ, Бельгии и США разработали способ отслеживать передвижение молодых нейронов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/10/2020

Похожие новости

  • 25/10/2019

    Василий Ярных: благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля

    ​Недавно стало известно, что нейробиологи из Томска под руководством профессора Василия Ярных планируют использовать новый подход для исследования повреждений головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона.
    2023
  • 20/02/2020

    Ученые показали генетическую связь процессов гликозилирования и опасных болезней человека

    ​Целью исследования, опубликованного в журнале Science Advances, был поиск генов, влияющих на гликозилирование иммуноглобулина G (IgG). Иммуноглобулины — это белки, которые играют роль телохранителей в человеческой иммунной системе.
    2899
  • 10/12/2018

    Томские ученые внедрят в клинику новый метод МРТ мозга

    Ученые НИИ биологии и биофизики Томского государственного университет (ТГУ) внедрят в клиническую практику новый метод МРТ, который позволит более точно и качественно диагностировать нарушения связей между нейронами при рассеянном склерозе и травмах мозга.
    1301
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    5667
  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    2996
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6305
  • 24/12/2019

    Мозг по-новому защитили от токсичных наночастиц

    ​Наночастицы из воздуха, которые попадают в мозг человека через нервные волокна носа, можно блокировать при помощи одного из соединений кальция. К такому выводу пришли российские ученые из Томского государственного университета (ТГУ) и ИЦиГ СО РАН.
    985
  • 22/05/2019

    Сохранение биоразнообразия – ключ к стабильности планеты

    ​22 мая отмечается Международный день биологического разнообразия, провозглашенный Генеральной Ассамблеей ООН. Одной из его основных задач является привлечение внимание общественности к проблемам сокращения биоразнообразия Земли.
    1544
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    1221
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    2818