Nowa technika polega na umieszczeniu czujników aptamerów ATP w egzosomach, które przekraczają barierę krew-mózg w celu obrazowania mózgu, pomagając w diagnozowaniu i leczeniu choroby Alzheimera. Testy na myszach wykazały, że czujniki gromadzą się w mózgu i podkreślają niski poziom ATP w dotkniętych obszarach. Źródło: SciTechDaily.com
Naukowcy opracowali nowatorską metodę dostarczania czujników fluorescencyjnych przez barierę krew-mózg (BBB) w celu monitorowania neuroprzekaźnik poziomów w mózgu, które mogą znacząco wzrosnąć Alzheimera diagnostyka i leczenie chorób.
Metoda polega na kapsułkowaniu czujników aptamerów ATP w egzosomach, które są w stanie przekroczyć barierę krew-mózg i zapewnić obrazowanie w czasie rzeczywistym poziomów neuroprzekaźników. Wstępne testy na myszach dały obiecujące wyniki, gdyż w mózgu gromadziły się czujniki, które wykrywały niski poziom ATP w obszarach dotkniętych chorobą Alzheimera.
Innowacyjne podejście do obrazowania mózgu
Poziom neuroprzekaźników w mózgu może wskazywać na zdrowie mózgu i choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera. Jednak ochronna bariera krew-mózg (BBB) utrudnia dostarczanie do mózgu czujników fluorescencyjnych, które mogą wykryć te małe cząsteczki. Teraz badacze z Centralna nauka ACS zademonstrowali sposób pakowania tych czujników w celu ułatwienia ich przejścia przez barierę krew-mózg u myszy, co umożliwi lepsze obrazowanie mózgu. Dzięki dalszemu rozwojowi technologia ta może pomóc w udoskonaleniu diagnostyki i leczenia choroby Alzheimera.
Poziom neuroprzekaźników często zmniejsza się wraz z wiekiem, ale niski poziom neuroprzekaźnika adenozynotrifosforanu (ATP) może wskazywać na chorobę Alzheimera. Aby zmierzyć lokalizację i ilość ATP w mózgu, naukowcy opracowali czujniki fluorescencyjne z kawałków DNA zwane aptamerami, które zapalają się, gdy wiążą się z cząsteczką docelową. Opracowano metody dostarczania tych czujników z krwioobiegu do mózgu, ale większość z nich zawiera składniki syntetyczne, które nie mogą łatwo przekroczyć bariery krew-mózg. Aby opracować czujniki do obrazowania mózgu na żywo, Yi Lu i współpracownicy zamknęli czujnik aptameru ATP w mikroskopijnych pęcherzykach pochodzących z komórek mózgowych, zwanych egzosomami. Przetestowali nowy system dostarczania czujników w modelach laboratoryjnych BBB i mysich modelach choroby Alzheimera.
Naukowcy wykazali, że egzosomy wyposażone w czujniki fluorescencyjne mogą przenikać przez barierę krew-mózg (BBB), gdzie czujniki zapalają się w obecności neuroprzekaźników powiązanych z chorobą Alzheimera w mózgu. Źródło: Na podstawie ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/accentsci.4c00563
Pomyślne dostarczenie czujnika przy użyciu egzosomów
Model laboratoryjny BBB składał się z warstwy komórek śródbłonka na wierzchu roztworu zawierającego komórki mózgowe. Wypełnione czujnikami egzosomy badaczy były prawie czterokrotnie skuteczniejsze niż konwencjonalne systemy dostarczania czujników w przechodzeniu przez barierę śródbłonkową i uwalnianiu czujnika fluorescencyjnego do komórek mózgowych. Potwierdzono to poprzez pomiar obserwowanego poziomu fluorescencji indukowanej wiązaniem ATP. Następnie zespół Lu wstrzyknął mysim modelom choroby Alzheimera albo egzosomy obciążone czujnikami, albo swobodnie unoszące się, nieobciążone czujniki. Mierząc sygnały fluorescencji u myszy, naukowcy odkryli, że swobodnie unoszące się w wodzie czujniki pozostawały głównie we krwi, wątrobie, nerkach i płucach, podczas gdy czujniki dostarczane przez egzosomy gromadziły się w mózgu.
Obiecujące wyniki w mysich modelach choroby Alzheimera
W mysich modelach choroby Alzheimera czujniki dostarczane z egzosomami identyfikowały lokalizację i stężenie ATP w różnych obszarach mózgu. W szczególności zaobserwowali niski poziom ATP w hipokampie, korze i podwzgórzu mózgu, co wskazuje na chorobę. Naukowcy twierdzą, że ich czujniki reagujące z ATP obciążone egzosomami są obiecujące w zakresie nieinwazyjnego obrazowania mózgu na żywo i można je dalej rozwijać, aby stworzyć czujniki dla szeregu klinicznie istotnych neuroprzekaźników.
Odniesienie: „Dostarczanie aptamerów DNA przez barierę krew-mózg ujawnia heterogeniczne zmniejszone ATP w różnych obszarach mózgu modeli mysich choroby Alzheimera, 31 lipca 2024 r., Centralna nauka ACS.
DOI: 10.1021/accentsci.4c00563
Autorzy potwierdzają finansowanie ze Stanów Zjednoczonych Narodowy Instytut Zdrowia (NIH), Fundacji Welcha, programu szkoleniowego NIH dotyczącego interfejsów chemii i biologii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign oraz stypendium badawczego dla absolwentów National Science Foundation.
