Российские ученые разработали метод, который позволяет в реальном времени выявлять нарушения метаболизма нервных клеток, возникающие при серьезных генетических и нейродегенеративных заболеваниях. Авторы измеряли свечение вещества, участвующего в метаболических процессах клеток, выращенных в шарообразных культурах. Статья опубликована в журнале Biomedicines.
Нейродегенеративные и некоторые наследственные заболевания, например синдром Дауна, вызывают многочисленные нарушения в клетках нервной ткани, что негативно сказывается на работе мозга. Одно из таких нарушений связано с тем, что митохондрии — органеллы, ответственные за производство энергии в клетке, — начинают медленнее окислять органические вещества и давать меньше энергии. Это может привести к неправильному развитию нейронов и снижению их активности. Поэтому для диагностики заболеваний и при тестировании лекарств, замедляющих их прогрессирование, необходимо отследить процессы, протекающие в митохондриях. Все существующие для этого методы основаны на введении в клетки красящих веществ, часто имеющих токсический эффект.
Коллектив российских ученых из Москвы и Нижнего Новгорода разработал новый безопасный метод, который позволяет в режиме реального времени отслеживать изменения метаболизма нервных клеток. Авторы проводили исследование на сфероидах — нейральных стволовых клетках, выращенных методом висящей капли. Подход заключается в том, что питательная среда с клетками свисает с твердой поверхности, создавая условия, наиболее близкие к организму человека. Биологи исследовали два типа нейронов: здоровые и имеющие дополнительную 21-ю хромосому, как при синдроме 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, большая часть НАД(Ф)Н находится в связанном состоянии. Также эти молекулы начинают светиться, если возбуждены светом определенной длины волны. Свободный НАД(Ф)Н флуоресцирует хуже, благодаря чему состояния молекулы можно различить. Также ученые оценивали метаболические процессы в нейронах по кислотности среды. В норме ее значение близко к нейтральному. Если окислительно-восстановительные реакции протекают с нарушениями, кислотность среды изменяется.
Результаты работы показали, что в нейральных стволовых клетках с дополнительной хромосомой НАД(Ф)Н находится преимущественно в свободном состоянии, то есть окислительные реакции в митохондриях нарушаются и клетки не получают необходимого количества энергии. Кроме того, оказалось, что в цитоплазме более высокие значения рН, то есть там 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.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
