Эти открытия помогают лучше понять, как ведет себя энергетический обмен при остром кислородном голодании, например, во время инсульта.

Исследование опубликовано в журнале PNAS.

АТФ — главный источник энергии для нейронов. В новом эксперименте ученые использовали генетически модифицированных мышей, нейроны которых вырабатывали флуоресцентный сенсорный белок.

Благодаря этому можно было в реальном времени наблюдать, сколько энергии доступно в каждой клетке.

С помощью микроскопии высокого разрешения удалось зафиксировать, как меняется уровень АТФ в отдельных нейронах во время распространяющихся деполяризаций.

Эти волны, при которых нейроны «замыкают» один за другим, связаны с прогрессирующим повреждением тканей после инсульта.

До сих пор было непонятно, как ведет себя АТФ — ключевой энергоноситель мозга — в отдельных клетках во время таких волн.

Наше исследование впервые показало, как и когда нейроны теряют запасы энергии при остром дисбалансе между ее потреблением и доступностью, например, при инсульте, — говорит доктор Карл Шокнехт, ведущий автор работы.

Интересно, что энергия истощается не равномерно, а именно во время этих волн. Эта модель поможет тестировать терапии, которые могут предотвратить катастрофическую потерю энергии.

Оказалось, что даже в здоровой ткани мозга волны деполяризации временно снижают уровень АТФ. Но особенно сильно эффект проявляется при нехватке энергии — как во время инсульта. В таких условиях волны резко ускоряют потерю АТФ, и нейроны быстро истощаются. Однако, если вовремя восстановить подачу кислорода и глюкозы, большинство клеток могут снова накопить энергию. Это значит, что энергетический коллапс в принципе обратим.

В эксперименте инсульт имитировали, лишая клетки кислорода и глюкозы, а волны деполяризации фиксировали с помощью электрофизиологии. Работа объединила три направления: передовую микроскопию (профессор Йенс Эйлерс), создание уникальных моделей мышей (профессор Йоханнес Хиррлингер) и исследование деполяризаций (доктор Шокнехт).

Этот эксперимент важен по нескольким причинам:

• Понятнее механизмы инсульта — теперь видно, как именно нейроны теряют энергию, а не просто констатируется факт «клетки гибнут».
• Новые мишени для терапии — если научиться блокировать распространяющиеся деполяризации, можно замедлить повреждение мозга.
• Тест для лекарств — модель с флуоресцентными нейронами позволяет быстро проверять, какие препараты реально защищают клетки.

Несмотря на прорыв, исследование проводилось на мышах, а их мозг отличается от человеческого. Например, у людей волны деполяризации могут длиться дольше, а последствия — быть тяжелее. Пока нельзя точно сказать, насколько эти данные применимы к клинике.

Ранее ученые выяснили, что кашель и чихание вызывают разные нейроны.