Рязанский государственный медицинский университет Cogito ergo sum

Рязанский государственный медицинский университет Cogito, ergo sum • В 2003 году появился способ переноса генов в нейроны головного мозга с помощью липосом, покрытых полиэтиленгликолем. Предложите технологию использования данного метода для исследования психических процессов.

Цели: • Придумать методику изучения психических процессов на основе способа переноса генов в нейроны головного мозга с помощью липосом.

• Липосомы, покрытые инертными полимерами, демонстрируют существенное увеличение периода полужизни в кровотоке (у человека до порядка дней в отличие от минут для общепринятых липосом). • Полиэтиленгликоль (ПЭГ) — вещество, часто используемое в качестве носителя для биоорганических молекул. • Это позволяет создавать ПЭГ-конъюгированные лекарства, формирующие в организме депо с высокой концентрацией нужного лекарства. Высокое сродство ПЭГа к воде повышает время циркуляции в организме, стабильность, растворимость и биодоступность препарата

• Для обеспечения направленного транспорта липосом к клеткам-мишеням было предложено модифицировать поверхность липосом различными лигандами, способными специфически связываться с антигенами или рецепторами на поверхности клетки. • Выбор лиганда зависят от антигена/рецептора, экспрессированного на поверхности клетки, куда необходимо доставить липосомы.

• Данная методика сделала возможным доставку нуклеиновых кислот непосредственно в клетки мишени. Доставленный генетический материал создает новые качества клеток. • Используя этот метод в качестве основы стало возможным внедрение новой методики для изучение процессов протекающих в головном мозге.

• Оптогенетика — методика исследования работы нервных клеток, заключающаяся во внедрении в их мембрану специальных каналов —опсинов, реагирующих на возбуждение светом. • Для экспрессии каналов используются методы генной инженерии • Активацию или ингибирования нейронов и сетей производят используя лазеры, оптоволокно и другую оптическая аппаратура.

• в 1975 году был получен из Chlamydomonas reinhardtii светочувствительный белок бактериородопсин, позволяющий бактериям двигаться в сторону лучей солнца или от них. • В начале 2000 Георг Нагель (Georg Nagel) успешно использовал светочувствительный белок каналродопсин, чтобы контролировать деятельность клетки.

Методика • Создается участок генной конструкции, состоящий из промотора и гена, кодирующего необходимый опсин (светочувствительный белок), и заключают его в липосомы антигенспецифичные к определенным нейронам.

• Этап 3 • Выбирают зону научного интереса в мозге, куда и будет введен препарат (пока все исследования проводились только на животных). • Затем происходит процесс введения липосомального препарата и ген попадает в нейрон. Антигенспецифичность обеспечивают избирательность экспрессии белка только в интересующей нас популяции клеток (например, нейроны, использующие дофамин в качестве медиатора).

• После того как нейроны обзавелись светочувствительным белком, на голове животного устанавливается оптоволоконная система доставки пучка света к выбранной области

• При освещении светом определенной длины волны белковые каналы изменяют свою структуру, и, в зависимости от того, какой белок мы заставили синтезировать наши нейроны, они проявляют ту или иную реакцию. • приводит клетку в возбуждение (каналродопсин — Ch. R 2) • тормозит её (галородопсин — Np. HR) • имитирует физиологические реакции (гибридный опсин в связи с внутриклеточным G-белком) • заставляет клетку двигаться (LOV 2) Ответ выбранных нами нейронов на свет может приводить к изменению как отдельных функций организма, так и поведения в целом.

• Отдельно взятые нейроны гиппокампа мыши возбуждались светом, вследствие чего одни воспоминания заменялись на другие

• До настоящего времени психические заболевания лечились, откровенно говоря, эмпирически. • Оптогенетика вместе с использованием липосомального переноса нуклеиновых кислот может снять завесу и с этих тайн. • С помощью специальных генетических конструкций становится возможно отойти от изучения мозга в целом и рассматривать отдельно взятые из триллионов клеток нейроны, функционально связанные между собой.

• Методом оптогенетической стимуляции была доказана главенствующая роль располагающихся в лобной коре парвальбуминовых нейронов (ингибирующих нейронов быстрой активности, fast-spiking inhibitory neurons) в образовании искаженного гамма-ритма. • Искаженный гамма-ритм преобладает у больных шизофренией и аутизмом и, как показывают эксперименты, способствует большему потоку информации через корковые пути, что в, свою очередь, нарушает анализ происходящих внутри и снаружи процессов, заставляя мозг создавать новые, запутанные и патологические связи между событиями. • Крысы, которых пристрастили к лабораторному кокаину, переставали искать его при локальном подавлении активности прилежащего ядра (nucleus accumbens, NAc) с помощью белка галородопсина , встроенного в мембрану нейронов, что, несомненно, дает наркологам пищу для размышлений

Выводы: • Предложенная методика поможет изучать отдельно взятые нейроны • Нельзя быть до конца уверенным и в том, что привнесение в человеческий мозг чужеродной ДНК не повлечет за собой неожиданных последствий. В том числе и отдаленных. • Основная проблема в адаптации метода для человека