Свечение молекул поможет бороться с нейродегенеративными и генетическими заболеваниями
Российские ученые разработали метод, который в режиме реального времени выявляет нарушения метаболизма нервных клеток, возникающие при серьезных генетических и нейродегенеративных заболеваниях, таких как синдром Дауна, болезни Альцгеймера и Паркинсона. Для этого биологи измерили свечение вещества, участвующего в метаболических процессах клеток. Сами клетки выращивали в виде шаров-сфероидов — так условия наиболее близки к природным. Разработка поможет при проверке эффективности новых лекарств и диагностике заболеваний.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biomedicines. Нейродегенеративные и некоторые наследственные заболевания, например синдром Дауна, вызывают многочисленные «поломки» в клетках нервной ткани, что негативно сказывается на работе головного мозга. Одно из таких нарушений связано с тем, что митохондрии — энергетические станции клетки — начинают медленнее окислять органические вещества, из-за чего клетка получает меньше энергии.
Это может привести к неправильному развитию нейронов и снижению их активности. Поэтому для диагностики заболеваний и при тестировании лекарств, замедляющих их прогрессирование, ученые отслеживают процессы, которые протекают в митохондриях. Все существующие для этого методы основаны на введении в клетки красящих веществ, которые часто имеют токсический эффект и поэтому небезопасны для живых организмов.
Ученые из Приволжского исследовательского медицинского университета (Нижний Новгород), Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Москва), Института биологии развития имени Н. К. Кольцова РАН (Москва), Центра высокоточного редактирования генома и генетических технологий для биомедицины Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова (Москва), Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Московского физико-технического института (Москва) разработали новый безопасный метод, который позволяет в режиме реального времени отслеживать изменения метаболизма нервных клеток.
Исследование проводили на сфероидах — нейральных стволовых клетках, выращенных методом висящей капли. Подход заключается в том, что питательная среда, в которой находятся клетки, свисает под действием силы тяжести с твердой поверхности, например стекла, тем самым создавая условия, наиболее близкие к организму человека. Биологи исследовали два типа нейронов: здоровые и имеющие дополнительную 21-ю хромосому, то есть с набором, характерным для синдрома Дауна.
Активность окислительных процессов в митохондриях оценивали по количеству молекул НАД(Ф)Н. Это соединение существует в клетке в двух состояниях: свободном и связанном с ферментом, который осуществляет окисление. Когда митохондрии активно функционируют и вырабатывают много энергии, большая часть НАД(Ф)Н находится в связанном состоянии. Известно, что эти молекулы флуоресцируют, то есть при возбуждении светом определенной длины волны начинают светиться. При этом свободный НАД(Ф)Н обладает более низкими характеристиками флуоресценции, чем связанный, благодаря чему состояния молекулы можно различить.
Другим признаком, по которому ученые оценивали метаболические процессы в нейронах, была кислотность среды (рН). В норме ее значение близко к нейтральному (7,0), а если в клетке окислительно-восстановительные реакции протекают с нарушениями, этот показатель изменяется в меньшую (кислую) или большую (щелочную) сторону. Значения рН биологи определяли, измеряя уровень флуоресценции встроенного в нервные клетки белка, чувствительного к кислотности цитоплазмы. Его флуоресценция, как и у НАД(Ф)Н, изменяется в зависимости от условий.
Флуоресценцию НАД(Ф)Н и белка-детектора ученые вызывали под микроскопом лазерным лучом. На этом же приборе улавливали интенсивность ответного свечения. Такой метод позволил определить, что в нейральных стволовых клетках с дополнительной хромосомой НАД(Ф)Н находится преимущественно в свободном состоянии, что свидетельствует о том, что окислительные реакции в митохондриях нарушаются, а значит, клетки не получают необходимого количества энергии. Кроме того, оказалось, что в цитоплазме более высокие значения рН, то есть слабощелочная среда, которая также указывает на нарушение метаболизма.
«С помощью сфероидов — модели, максимально приближенной к условиям in vivo, — мы предложили простой, высокочувствительный и неинвазивный метод, который позволяет оценить метаболизм нервных клеток в режиме реального времени. Он поможет при разработке новых подходов к лечению генетических и нейродегенеративных заболеваний, а также оценке эффективности различных лекарств», — рассказала руководитель проекта по гранту РНФ Александра Кашина, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией регенеративной медицины ПИМУ.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно