Инженери са открили начин да засекат светлина дълбоко в мозъка използвайки ядрено-магнитен резонанс
Нов начин за откриване на биолуминесценция в мозъка използва ядрено-магнитен резонанс (MRI). Техниката може да позволи на изследователите да изучат вътрешната работа на мозъка по-подробно. Ще бъдат възможни подробни изследвания на това как мозъчните клетки се развиват и комуникират помежду си.
Учените често маркират клетките с протеини, които светят. Това им позволява да проследяват растежа на тумори или да измерват промени в генната експресия. Последните се появяват, когато клетките се диференцират.
Въпреки че тази техника работи добре в клетките и някои тъкани на тялото, трудно е да се приложи към образни структури дълбоко в мозъка. Там светлината се разпръсква твърде много, преди да бъде открита.
Нови методи
Инженери от Масачузетския технологичен институт откриха нов начин за засичане на този тип светлина, известна като биолуминесценция. Те проектираха кръвоносните съдове на мозъка, за да експресират протеин, който ги кара да се разширяват в присъствието на светлина. След това тази дилатация може да се наблюдава с магнитен резонанс (MRI). Така изследователите могат да определят източника на светлината. Новата техника може да доведе до по-добро разбиране за вътрешната работа на мозъка.
Откриване на светлина
Биолуминесцентните протеини се намират в много организми, включително медузи и светулки. Учените използват тези протеини, за да маркират специфични клетки, чието сияние може да бъде открито от луминометър. Един от протеините, които често се използват за тази цел, е луциферазата.
Новият метод постига трансформиране на кръвоносните съдове на мозъка в светлинни детектори. Една популярна форма на ЯМР работи чрез изобразяване на промени в кръвния поток в мозъка, така че изследователите са проектирали самите кръвоносни съдове да реагират на светлината чрез разширяване.
За да направят кръвоносните съдове чувствителни към светлина, учените експресират бактериален протеин, наречен Beggiatoa. Това е фотоактивирана аденилат циклаза (bPAC). Когато е изложен на светлина, този ензим произвежда молекула, наречена cAMP. Тя кара кръвоносните съдове да се разширяват. Това променя баланса на оксигенирания и деоксигенирания хемоглобин, които имат различни магнитни свойства. Тази промяна в магнитните свойства може да бъде открита чрез ЯМР.
BPAC реагира специално на синята светлина, която има къса дължина на вълната, така че открива светлина, генерирана в близко разстояние. Изследователите са използвали вирусен вектор, за да доставят гена за bPAC специално до гладкомускулните клетки, които изграждат кръвоносните съдове. Когато този вектор е инжектиран на плъхове, кръвоносните съдове в голяма област от мозъка са станали светлочувствителни.
След като кръвоносните съдове стават чувствителни към светлина, изследователите имплантират клетки, които са проектирани да експресират луцифераза, ако присъства субстрат, наречен CZT. При плъховете са успели да открият луцифераза чрез изобразяване на мозъка с ЯМР, което разкрива разширени кръвоносни съдове.
Проследяване на промените в мозъка
Сега се тества дали тази техника може да открие светлина, произведена от собствените клетки на мозъка, ако те са проектирани да експресират луцифераза. Учените доставят гена за вид луцифераза, наречена GLuc, до клетки в дълбока мозъчна област, известна като стриатум. Когато CZT субстратът се инжектира в животните, ЯМР изображенията разкриват местата, където е била излъчена светлина.
Тази техника се нарича биолуминесцентно изобразяване с помощта на хемодинамика или BLUsH. От една страна, тя може да се използва за картографиране на промени в генната експресия, чрез свързване на експресията на луцифераза със специфичен ген. Това може да помогне на изследователите да наблюдават как генната експресия се променя по време на ембрионалното развитие и клетъчната диференциация или когато се формират нови спомени.
Луциферазата може също да се използва за картографиране на анатомичните връзки между клетките или за разкриване на това как те комуникират една с друга. Сега учените планират да проучат някои от тези приложения, както и да адаптират техниката използвана при мишки за други животински модели.
