«Молекулярный фонарь» находит метастазы в мозге с помощью зонда тоньше волоса

Неинвазивный мониторинг изменений, вызванных раком и другими неврологическими патологиями в мозге на молекулярном уровне, является одной из важнейших задач биомедицинских исследований. Новая методика, пока еще находящаяся на стадии эксперимента, позволяет добиться этого путем введения света в мозг мышей с помощью очень тонкого зонда.

Разработкой новинки, опубликованной сегодня в журнале Nature Methods, руководит международная команда, включающая группы из Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Испанского национального центра исследования рака (CNIO).

Авторы называют новую методику «молекулярным фонарем», поскольку она позволяет получить информацию о химическом составе тканей мозга в ответ на свет. Это позволяет анализировать молекулярные изменения, вызванные опухолями, как первичными, так и метастатическими, а также повреждениями, такими как травма головы.

Молекулярный фонарь представляет собой зонд толщиной менее 1 мм с кончиком всего в тысячную долю миллиметра (микрон), невидимый невооруженным глазом. Он может быть введен глубоко в мозг, не причиняя вреда (например, диаметр человеческого волоса составляет от 30 до 50 микрон).

Зонд еще не готов к использованию у пациентов, пока что он является в первую очередь «перспективным» исследовательским инструментом на животных моделях, позволяющим „отслеживать молекулярные изменения, вызванные травматическим повреждением мозга, а также с высокой точностью обнаруживать диагностические маркеры метастазов в мозг“, — поясняют авторы статьи.

Работа была проведена европейским консорциумом NanoBright, в котором участвуют две испанские группы: группа под руководством Лизет Менендес-де ла Прида в лаборатории нейронных цепей Института Кахаля при CSIC и группа метастазов головного мозга при CNIO под руководством Мануэля Валиенте. Обе эти группы участвовали в биомедицинских исследованиях NanoBright, а группы из Итальянского технологического института и французских учреждений, таких как Laboratoire Kastler Brossel, разработали приборы.

Сканирование мозга с помощью света без его предварительного изменения

Активация или регистрация функций мозга с помощью света не является чем-то новым. Например, так называемая оптогенетическая техника позволяет отслеживать активность отдельных нейронов с помощью света. Однако для этого необходимо внедрить в нейроны ген, который делает их чувствительными к свету. С помощью новой технологии, представленной компанией NanoBright, можно изучать мозг, не изменяя его предварительно, что представляет собой смену парадигмы в биомедицинских исследованиях.

Новый молекулярный фонарь основан на технике, называемой колебательной спектроскопией, которая использует эффект Рамана — уникальное свойство света.

Когда свет взаимодействует с молекулами, он рассеивается таким образом, который зависит от их состава и химической структуры. Это рассеяние приводит к появлению отдельного сигнала, или спектра, который действует как молекулярный отпечаток пальца, предоставляя подробную информацию о составе освещенной ткани, — объясняет Лизет М.-де ла Прида из CSIC.

Мы можем увидеть любые молекулярные изменения, происходящие в мозге в результате патологии или травмы.

«Эта технология позволяет нам изучать мозг в его естественном состоянии; нет необходимости предварительно изменять его. Кроме того, она позволяет анализировать любой тип структуры мозга, а не только те, которые были генетически маркированы или изменены, как это было в случае с технологиями, использовавшимися до сих пор. С помощью колебательной спектроскопии мы можем увидеть любые молекулярные изменения в мозге при наличии патологии», — объясняет Мануэль Вальенте из CNIO.

Рамановская спектроскопия уже используется в нейрохирургии, хотя инвазивным и менее точным способом: «Были исследования по ее использованию при операциях на опухолях мозга у пациентов», — говорит Вальенте. В операционной, когда основная часть опухоли удалена хирургическим путем, можно ввести зонд рамановской спектроскопии, чтобы оценить, остались ли раковые клетки в этой области. Правда, этот метод используется только тогда, когда мозг уже вскрыт и отверстие достаточно велико. Но эти относительно большие „молекулярные фонари“ несовместимы с минимально инвазивным использованием на живых животных моделях».

Теперь цель группы CNIO — выяснить, позволяет ли информация, получаемая с помощью зонда, «дифференцировать различные онкологические образования, например, типы метастазов по их мутационным профилям, по их первичному происхождению или от различных типов опухолей мозга».

Искусственный интеллект для поиска диагностических маркеров

Группа Института Кахаля использовала этот метод для исследования эпилептогенных зон, окружающих травматические повреждения мозга.

Мы смогли выявить различные колебательные профили в одних и тех же областях мозга, подверженных эпилептическим припадкам, в зависимости от их связи с опухолью или травмой. Это говорит о том, что молекулярные тени этих областей подвергаются различному воздействию и могут быть использованы для разделения различных патологических образований с помощью алгоритмов автоматической классификации, включающих искусственный интеллект, — объясняет Лизет М.-де ла Прида.

Интеграция колебательной спектроскопии с другими методами регистрации активности мозга и передовым вычислительным анализом с помощью искусственного интеллекта позволит нам определить новые высокоточные диагностические маркеры, что будет способствовать развитию передовых нейротехнологий для новых биомедицинских применений.

Ранее ученые назвали факторы риска спорадического колоректального рака.

31.12.2024