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 Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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