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.
    1463
  • 04/06/2019

    Обская стерлядь генетически более разнообразна, чем енисейская

    ​Ученые Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН с коллегами из Томска, Красноярска, Санкт-Петербурга и Ульяновска исследовали генетическое разнообразие стерляди в бассейнах сибирских рек и выяснили, что обь-иртышская и енисейская популяции изолированы друг от друга.
    976
  • 14/03/2018

    Новосибирские ученые создали кардиостимулятор из клеток пациента

    ​Исследователи из Национального медицинского исследовательского центра им. Е.Н. Мешалкина, ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН и Московского физико-технического института разрабатывают биологический кардиостимулятор для восстановления ритма сердца.
    2227
  • 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.
    1137
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    4097
  • 29/06/2016

    Кровоизлияние в мозг - не приговор

    ​Каждый шестой человек с геморрагическим инсультом – кровоизлиянием в мозг, вызванным разрывом сосудов, умирает в машине скорой помощи. Риск кровоизлияния, приводящего к летальному исходу или тяжелым неврологическим последствиям, остается высоким даже после успешной операции на сосудах.
    4898
  • 14/07/2020

    Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.
    1175
  • 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.
    653
  • 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.
    2423
  • 13/05/2020

    Безопасный способ борьбы с тромбозами при коронавирусе предложили сибирские ученые

    ​Как известно, одна из главных причин высокой летальности от коронавирусной инфекции — ассоциированная пневмония. Принципиально важно, что это не обычная бактериальная патология, а острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС).
    2296