13.12.2021
РНФ
699

Свечение молекул поможет бороться с нейродегенеративными и генетическими заболеваниями

4.5

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.

Флуоресценция связанной формы НАД(Ф)Н в клетках с дополнительной 21-й хромосомой (а) и в здоровых клетках (b) / ©Kashirina et al. / Biomedicines 2021

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.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

8 часов назад
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Вчера, 18:45
Александра Медведева

Снимки телескопа Hubble показали, что черная дыра в центре карликовой галактики Henize 2-10 создает звезды вместо того, чтобы их разрушать. Открытие может стать ключом к пониманию происхождения сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

17 января
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

17 января
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 11:11
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: