Свечение клеток мозга детектировали с помощью МРТ

Биолюминесцентные репортеры широко используются в биологии для наблюдения за различными процессами в живых организмах. Однако поглощение и рассеяние видимого света тканями ограничивают применение этого метода. Особенно это важно при изучении мозга, где кости черепа препятствуют распространению света, особенно коротковолнового. Для решения этой проблемы можно превратить биолюминесценцию в другой сигнал, который детектируется в глубине тканей с помощью, например, рентгена или МРТ.

Исследователи из США разработали метод BLUsH (bioluminescence imaging using haemodynamics). Для этого они экспрессировали белок, активируемый светом, в клетках сосудов. «Почувствовав» фотоны от биолюминесцентного репортера, сосуды расширяются. В результате баланс оксигенированного и деоксигенированного гемоглобина изменяется, что можно детектировать с помощью МРТ.

Авторы использовали фотоактивируемую аденилатциклазу из бактерии Beggiatoa (bPAC), которая вырабатывает цАМФ в гладкой мускулатуре сосудов в ответ на синий свет. Они выбрали самую яркую люциферазу GlucM23. Экспрессирующие bPAC клетки вырабатывали цАМФ под действием экспрессирующих люциферазу клеток.

Далее исследователи использовали аденоассоциированную вирусную систему, чтобы экспрессировать bPAC в сосудистой системе мозга крыс. Анализ маркеров не выявил признаков воспаления или активации микроглии в мозге.

Метод BLUsH применили на полосатом теле мозга крысы. Через шесть недель после введения вектора в мозг ввели ксенографт из 500 000 клеток, экспрессирующих люциферазу GlucM23. МРТ-исследование проводили до, во время и после введения субстрата для люциферазы в мозг крысы. Сигнал четко отслеживался в том полушарии, куда ввели ксенографт, но не в контрольном, уже через несколько секунд после попадания в организм субстрата.

Таким образом, новый метод превращает сосуды мозга в фотодетекторы. Важно, что сосудистая сеть в мозге очень плотная, нет мест, не пронизанных сосудами. Так что, по словам авторов, они превращаются в «трехмерную камеру». Метод можно использовать для отслеживания изменений в генной экспрессии, например, в ходе эмбрионального развития и дифференцировки клеток, а также при формировании памяти и при «общении» клеток.

Флуоресцентные векторы на основе вируса бешенства использовали для картирования нейронных сетей