Новые системы доставки генов могут достигать клеток головного и спинного мозга с исключительной точностью

2025-05-22 11:38:58

Исследовательские группы, финансируемые Национальными институтами здравоохранения (NIH), создали универсальный набор систем доставки генов, которые могут достигать различных типов нервных клеток в человеческом мозге и спинном мозге с исключительной точностью. Эти системы доставки являются значительным шагом на пути к будущей точной генной терапии мозга, которая могла бы безопасно контролировать сбившуюся мозговую активность с высокой точностью. Напротив, современные методы лечения расстройств мозга в основном лечат только симптомы.

Новые системы доставки переносят генетический материал в головной и спинной мозг для целевого использования определенными типами клеток. Эта платформа имеет потенциал для преобразования того, как ученые могут изучать нейронные цепи. Она предоставляет исследователям системы доставки генов для различных видов, используемых в исследованиях, без необходимости в генетически модифицированных или трансгенных животных. Примерами являются освещение тонких структур клеток мозга флуоресцентными белками и активация или подавление цепей, которые контролируют поведение и познание.

«Представьте себе эту новую платформу как грузовик доставки, сбрасывающий специализированные генетические пакеты в определенные клеточные районы головного и спинного мозга. С помощью этих систем доставки мы теперь можем получать доступ и манипулировать определенными клетками головного и спинного мозга — доступ, который ранее был невозможен в таком масштабе», - Джон Нгай, директор Инициативы NIH по исследованию мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий или Инициативы BRAIN

Новые инструменты доставки, которые используют небольшой, урезанный аденоассоциированный вирус (AAV) для доставки ДНК к целевым клеткам, могут широко применяться во многих видах и экспериментальных системах, включая небольшие образцы тканей, удаленные во время операций на мозге человека. Системы доставки были протестированы или проверены на неповрежденных живых системах, что является важным шагом для внедрения новых инструментов для широкого использования. Недавно опубликованный набор инструментов включает:

• Десятки систем доставки, которые избирательно воздействуют на ключевые типы клеток мозга, включая возбуждающие нейроны, тормозные интернейроны, стриарные и корковые подтипы, клетки кровеносных сосудов мозга и труднодоступные нейроны спинного мозга, которые контролируют движение тела и повреждаются при нескольких неврологических заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия.
• Компьютерные программы на основе искусственного интеллекта (ИИ) способны определять генетические «выключатели», известные как усилители, которые включают гены в определенных типах клеток мозга, используя данные многих различных видов, что значительно экономит время и усилия ученых, ищущих эти генетические переключатели.

В целом, этот набор исследовательских инструментов значительно ускорит понимание человеческого мозга. Важно то, что набор инструментов обеспечивает доступ к определенным типам клеток мозга в префронтальной коре, области, которая имеет решающее значение для принятия решений и уникальных человеческих черт. С другими инструментами в наборе ученые могут лучше изучать отдельные клетки и коммуникационные пути, которые, как известно, поражаются при нескольких неврологических заболеваниях. К ним относятся эпилептические расстройства, БАС, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона, а также различные нейропсихиатрические состояния.

Лечение на основе AAV уже одобрено для некоторых состояний, таких как спинальная мышечная атрофия, для которой одобрение в 2016 году генной терапии, известной как Zolgensma, изменило жизнь младенцев и маленьких детей, которые когда-то сталкивались с тяжелой инвалидностью или ранней смертью. Новый набор ресурсов доставки генов закладывает основу для более точного лечения, нацеленного только на пораженные клетки в головном мозге, спинном мозге или кровеносных сосудах мозга.

Набор инструментов доступен в распределительных центрах, включая Addgene, глобального поставщика инструментов для генетических исследований. Эта коллекция публикаций предлагает исследователям стандартные рабочие процедуры и руководства пользователя для этих инструментов.

Работа поддерживается инициативой NIH's Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies ® ( Инициатива BRAIN ®) . Финансирование, выданное менее четырех лет назад, запустило крупномасштабный командный проект по разработке новых молекулярных инструментов, которые могут быть полезны многим исследовательским лабораториям. Armamentarium for Precision Brain Cell Access направлен на разработку точного и воспроизводимого доступа к клеткам и контурам в экспериментальных исследовательских моделях головного и спинного мозга. Масштабный проект объединяет экспертов в области молекулярной биологии, нейронауки и искусственного интеллекта (ИИ). Восемь статей опубликованы в выпуске от 21 мая журналов Neuron , Cell, Cell Reports, Cell Genomics и Cell Reports Methods .

Источник: Национальные институты здравоохранения (NIH)