Mokslininkai sukūrė NeuM – neuronų žymėjimo metodą, leidžiantį detaliai stebėti neuronų struktūrą. Sėkmingas neurologinių pokyčių stebėjimas iki 72 valandų.

Alzheimerio liga Parkinsono liga, Parkinsono liga ir insultas yra pagrindinė neurodegeneracinių būklių triada. Šiems sutrikimams būdinga nervų ląstelių, neuronų disfunkcija ir laipsniškas blogėjimas. Norint suprasti pagrindinius šių neurologinių būklių mechanizmus ir suformuluoti gydymą, būtina turėti ženklinimo metodus, kurie leistų vizualizuoti neuronų pokyčius tiek sveikomis, tiek patologinėmis sąlygomis.

Tyrimų grupė, kuriai vadovavo dr. Kim Yeon-kyung iš Korėjos mokslo ir technologijų instituto Smegenų mokslo instituto (Kistas, bendradarbiaudama su profesoriaus Zhang Yong-tai iš Pohango mokslo ir technologijos universiteto komanda, paskelbė apie naujos kartos neuronų ženklinimo technologijos, vadinamos NeuM, sukūrimą. NeuM (selektyvios neuronų membranos) selektyviai žymi neuronų membranas, vizualizuoja neuronų struktūras ir leidžia realiu laiku stebėti neuronų pokyčius.

Mokslininkai iš Dr. Kim Yun-kyung komandos KIST naudoja naujos kartos neuronų žymėjimo technologiją NeuM, kad vizualizuotų neuronus realiu laiku ir ištirtų didelės raiškos vaizdus. Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijų institutas

Neuronai nuolat keičia savo struktūrą ir funkcijas, kad perduotų informaciją iš jutimo organų į smegenis ir tvarkytų mintis, prisiminimus ir elgesį. Todėl, norint įveikti neurodegeneracines ligas, būtina sukurti metodus, kurie selektyviai paženklintų gyvus neuronus stebėjimui realiuoju laiku. Tačiau dabartiniai genais ir antikūnais pagrįsti ženklinimo metodai, kurie dažniausiai naudojami neuronams stebėti, kenčia nuo nuosmukio. Tikslumas Ilgalaikis stebėjimas yra sunkus dėl jo priklausomybės nuo genų ekspresijos ar specifinių baltymų.

NeuM privalumai ir galimybės

NeuM, sukurtas mokslinių tyrimų grupės, naudojant molekulinį neuronų dizainą, turi puikų afinitetą neuronų membranoms, leidžiančius ilgai stebėti ir didelės raiškos neuronus. Fluorescenciniai jutikliai, esantys NeuM, prisijungia prie neuronų membranų, naudodami gyvų ląstelių aktyvumą, ir skleidžia fluorescencinius signalus, kai sužadinami tam tikrais šviesos bangos ilgiais. Ši neuronų ląstelių membranų vizualizacija leidžia išsamiai stebėti nervų galų struktūras ir didelės skiriamosios gebos stebėti neuronų diferenciaciją ir sąveiką.

Selektyviojo neuronų membranų ženklinimo molekulinis dizainas. Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijų institutas

NeuM, kaip pirmoji technologija, skirta dažyti ląstelių membranas per endocitozę gyvuose neuronuose, rodo selektyvų reaktyvumą gyvų ląstelių atžvilgiu, išskyrus negyvas ląsteles be internalizacijos. Be to, tyrėjų komandai pavyko pailginti neuronų stebėjimo laiką nuo vos 6 valandų iki 72 valandų, leidžiant ilgą laiką užfiksuoti dinaminius gyvų neuronų pokyčius, reaguojant į aplinkos pokyčius.

Tikimasi, kad NeuM suteiks įžvalgų apie neurodegeneracinių ligų, kurių šiuo metu nėra išgydoma, mokslinius tyrimus ir gydymo plėtrą. Šios ligos, įskaitant Alzheimerio ligą, atsiranda dėl nervų ląstelių pažeidimo dėl toksiškų baltymų, tokių kaip amiloidas, gamybos ir uždegiminių medžiagų antplūdžio. Atidus NeuM stebėjimas dėl neurologinių pokyčių gali veiksmingai palengvinti terapinių junginių kandidatų įvertinimą.

„Šį kartą sukurtas NeuM gali atskirti senstančius ir degeneruojančius neuronus, tapdamas itin svarbiu įrankiu išaiškinant degeneracinių smegenų sutrikimų mechanizmus ir kuriant gydymo būdus“, – sakė daktaras Kimas. Jis taip pat pridūrė: „Ateityje planuojame patobulinti NeuM, kad galėtume tiksliau analizuoti neuronus, kurdami fluorescencinius bangų ilgius, kad atskirtume tokias spalvas kaip žalia ir raudona.

Nuoroda: „NeuM: neuronų selektyvus zondas, įtrauktas į gyvas neuronų membranas per klatrino sukeltą sustiprintą endocitozę pirminiuose neuronuose“, autorius Yoonsik Song, Lizaveta Gotina, Kyu-Hyun Kim, Jung-Yul Lee, Solji Shin, Hira Aziz, Dong- Min Kang, Xiao 2023 m. gruodžio 7 d Angewandte Chemie International Edition.
doi: 10.1002/anie.202312942

Šį tyrimą parėmė Mokslo ir IRT ministerija (ministras Lee Jung-ho) per KIST pagrindinius projektus ir projektą „Įveikti demenciją“ (RS-2023-00261784).