Οι επιστήμονες επινόησαν ένα νέο αισθητήρα που τους επιτρέπει να βλέπουν τα μόρια που ελέγχουν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου χωρίς τη χρήση χημικών ή ραδιενεργών επισημάνσεων. Επί του παρόντος, το χρυσό πρότυπο προσέγγισης για την απεικόνιση μορίων στον εγκέφαλο γίνεται με ραδιενεργούς ανιχνευτές. Ωστόσο, αυτοί οι ανιχνευτές προσφέρουν χαμηλή ανάλυση και δεν μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν για να παρακολουθήσει κάποιος δυναμικές εκδηλώσεις, λέει ο AlanJasanoff, καθηγητής βιολογικής μηχανικής στο MIT.
Ο Jasanoff και οι συνεργάτες του έχουν αναπτύξει νέους αισθητήρες που αποτελούνται από πρωτεΐνες σχεδιασμένους να ανιχνεύουν ένα συγκεκριμένο στόχο, ο οποίος τους οδηγεί στο να διαστέλλονται τα αιμοφόρα αγγεία στην άμεση περιοχή. Αυτό παράγει μια αλλαγή στη ροή του αίματος που μπορεί να απεικονιστεί με μαγνητικό τομογράφο(MRI) ή άλλες τεχνικές απεικόνισης. “Αυτή είναι μια ιδέα που μας δίνει τη δυνατότητα να ανιχνεύουμε τα μόρια που βρίσκονται στον εγκέφαλο σε βιολογικά χαμηλά επίπεδα, και να το κάνουμε αυτό με αυτούς τους παράγοντες απεικόνισης ή αντίθεσης που μπορεί τελικά να χρησιμοποιηθούν σε ανθρώπους», λέει ο Jasanoff. «Μπορούμε επίσης να τους ενεργοποιήσουμε και να απενεργοποιήσουμε, και αυτό είναι πραγματικά το κλειδί στην προσπάθεια για την ανίχνευση δυναμικών διεργασιών στον εγκέφαλο.”
Σε ένα επιστημονικό άρθρο που δημοσιεύτηκε χθες ο καθηγητής Jasanoff και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αυτούς τους ανιχνευτές για την ανίχνευση ενζύμων που ονομάζονται πρωτεάσες, αλλά απώτερος στόχος τους είναι να τους χρησιμοποιήσουν για να παρακολουθούν τη δραστηριότητα των νευροδιαβιβαστών, οι οποίοι δρουν ως χημικοί αγγελιοφόροι μεταξύ των κυττάρων του εγκεφάλου.
Έμμεση απεικόνιση
Για να δημιουργήσουν τους ανιχνευτές τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το τροποποιημένο πεπτίδιο που ονομάζεται καλσιτονίνη το οποίο σχετίζεται με το γονιδιακό πεπτίδιο (CGRP), τα οποία είναι ενεργά κυρίως κατά τη διάρκεια των ημικρανιών ή της φλεγμονής. Οι ερευνητές παγίδευσαν τα πεπτίδια μέσα σε ένα κλουβί από πρωτεΐνη, απομονώνοντας τα από την αλληλεπίδραση με τα αιμοφόρα αγγεία. Όταν τα πεπτίδια συναντούν πρωτεάσες στον εγκέφαλο, οι πρωτεάσες κόβονται, οι κλωβοί μένουν ανοικτοί και η CGRP κάνει τα αιμοφόρα αγγεία να διαστέλλονται. Η απεικόνιση αυτή της διαστολής με μαγνητική τομογραφία επιτρέπει στους ερευνητές να προσδιοριστεί ο τόπος όπου εντοπίστηκαν οι πρωτεάσες. «Αυτά είναι τα μόρια που δεν είναι ορατά άμεσα, αλλά αντ ‘αυτού γίνονται αλλαγές στο σώμα που μπορεί στη συνέχεια να απεικονιστεί πολύ αποτελεσματικά» λέει ο Jasanoff.
Οι πρωτεάσες χρησιμοποιούνται μερικές φορές ως βιοδείκτες για τη διάγνωση ασθενειών, όπως ο καρκίνος και η νόσος του Alzheimer. Ωστόσο, στο εργαστήριο ο Jasanoff τους χρησιμοποίησε κυρίως για να αποδείξει την εγκυρότητα της προσέγγισής τους. Τώρα, εργάζονται για την προσαρμογή αυτών των παραγόντων απεικόνισης, για την παρακολούθηση των νευροδιαβιβαστών, όπως η ντοπαμίνη και η σεροτονίνη, που είναι ζωτικής σημασίας για τη γνωστική λειτουργία και την επεξεργασία των συναισθημάτων. Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές σχεδιάζουν να τροποποιήσουν τα κλουβιά που περιβάλλει το CGRP έτσι ώστε να μπορούν να αφαιρεθούν με αλληλεπίδραση με ένα συγκεκριμένο νευροδιαβιβαστή.