Новый датчик МРТ отображает активность кальция внутри мозга
Исследователи Массачусетского Технологического Института разработали новый способ визуализации активности кальция с помощью МРТ. Команда работала под руководством профессора Алана Ясаноффа. Статья с подробным описанием разработки была опубликована сегодня в журнале Nature Communications.
Нейроны, находясь в состоянии покоя, сохраняют очень низкий уровень кальция. Но как только нейрон получает электрический импульс, кальций буквально втягивается в клетку и его общий уровень заметно возрастает. За последние несколько десятилетий ученые разработали способы визуализации этой активности, основанные на маркировании кальция флуоресцентными молекулами. Тем не менее, этот способ может быть использован только в лабораторной или животной модели. Кроме того, он способен визуализировать клеточный состав лишь поверхности мозга. Чтобы усовершенствовать методику, специалисты решили использовать МРТ, которая способна обнаруживать магнитные взаимодействия между введенным контрастным веществом и молекулами воды внутри клеток.
Многие ученые работают над датчиками кальция на основе МРТ, но основным препятствием является разработка контрастного вещества, которое может проникнуть внутрь клеток мозга. В прошлом году лаборатория Ясаноффа разработала датчик МРТ, который может измерять внеклеточные концентрации кальция. К сожалению, эти наночастицы были слишком велики для проникновения в клетки. Теперь же специалистам удалось создать контрастный агент, содержащий марганец – металл, который слабо взаимодействует с магнитными полями и может проникать через клеточные мембраны, — и кальциевый хелатор. Попав внутрь клетки, если уровень кальция низкий, хелатор слабо связывается с атомом марганца, что в результате препятствует обнаружению марганца на МРТ. Если уровень кальция в клетке высокий, хелатор связывается с молекулой и «подсвечивает» ее на МРТ.
Свою разработку специалисты проверили на крысах, введя им в мозг ионы калия для стимуляции электрической активности в нейронах, что позволило им беспрепятственно измерить уровень кальция в клетках. Ясанофф планирует использовать эту технологию для выявления небольших скоплений нейронов, которые участвуют в организации определенных видов поведения. Более того, поскольку этот метод напрямую фиксирует передачу сигналов внутри клеток, с его помощью можно получить гораздо более точную информацию о местоположении и времени активности нейронов, которую не может предоставить традиционная функциональная МРТ.
