Методы визуализации на основе нейротрансмиттеров

Резонансные методы можно использовать для измерения уровня нейротрансмиттеров. Магнитно-резонансная спектроскопия может измерять уровни большого количества нейротрансмиттеров. Однако это всегда рассматривалось как довольно статическая мера уровня нейротрансмиттеров, и поэтому не использовалось широко в качестве меры нервной активности. Однако Пол Маллинзв Университете Бангора провел некоторую работу, используя спектроскопию для измерения уровней нейротрансмиттеров в различных частях мозга. Судя по работе, которую я видел до сих пор, он достаточно чувствителен, чтобы отслеживать вызванные стимулом изменения в уровне нейротрансмиттеров со стандартной блокировкой (т.е. 18-секундные блоки стимуляции с последующим 18-секундным отдыхом). Я не слишком уверен, имеет ли он такое же функциональное отношение контраста к шуму, как отклик BOLD, и определенно имеет более низкое пространственное разрешение, чем методы BOLD. Эта работа в настоящее время готовится к публикации, так что я не должен говорить слишком много.

использованная литература

Новотный, Э.Дж., Фулбрайт, Р.К., Перл, П.Л., Гибсон, К.М., и Рэтман Д.Л. (2003). Магнитно-резонансная спектроскопия нейротрансмиттеров в мозге человека, Annals of Neurology, 54, S25-S31. ПабМед .

Я нашел пример системы, которую исследователи намерены использовать в будущем для определения уровня активности нейротрансмиттеров в мозге с помощью МРТ. Вы были на правильном пути с полезностью гемоглобина. Используемая молекула несколько похожа. Чтобы понять, как были созданы зонды, требуется небольшой биологический обход.

В организме есть ферменты, известные как цитохромы Р450 , названные так потому, что они наблюдались как поглощающие свет в диапазоне 450 нм. Они связаны с мембраной (например, в митохондриях), и одной из их основных целей является проведение монооксигеназных реакций, а Р450 печени ответственны за большую часть метаболизма лекарств, происходящего в организме. Итак, разные классы этих ферментов обладают высоким сродством к определенным молекулам. Наиболее важной характеристикой, которой обладают P450, является гемовая группа, которая является парамагнитной и будет генерировать сигнал на МРТ.

Эти ферменты P450 также обнаружены в бактериях, которые можно легко использовать в качестве испытательного стенда из-за их быстрого деления клеток. Что эти ученые сделали, так это многократно мутировали бактерии и проверили сродство P450 полученных мутантов к различным молекулам (в данном случае серотонину и дофамину).

Таким образом, сохраняя культуру бактерий, ученые могут массово производить мутировавшие группы гема из бактериальных P450. Предположительно, как только последовательность субъединицы определена, ее можно создать с использованием стандартных методов.

Некоторые проблемы остаются. Прежде всего, зонды должны быть проверены на безопасность, и должны быть приняты меры, чтобы превратить их в надежные контрастные вещества для МРТ и гарантировать, что они могут локализоваться и сохраняться в мозгу на время тестирования. Предположительно, правильные корреляции между силой сигнала и локальной концентрацией медиатора могут быть установлены с помощью исследований in vitro . Похоже, мы довольно близки к неинвазивным методам измерения уровня нейротрансмиттеров.

Воспроизведено отсюда

Брустад, Э.М., Леливельд, В.С., и др. (2012). Структурно-направленная эволюция высокоселективных датчиков магнитно-резонансной томографии на основе P450 для дофамина и серотонина. Журнал молекулярной биологии, в печати , doi .

В настоящее время это немного искусства. Ниже приводится один из методов, свидетелем которого я был в лаборатории, проводящей электрофизиологические записи нервной системы головастика и крысы.

Лаборатория, с которой я работал, захватывает нейрон, регистрируя его электрическую активность (в серии тестов на наркотики) и вводит маркер, который проникает в нейрон (GFP-подобный белок, который связывается с предшественниками серотонина, дофамина или ГАМК и светится в них). картинки). Затем они отмечают ткань мозга и запись, чтобы их можно было ассоциировать, а затем, получив кучу записей, они смотрят на все ткани мозга и видят, какие из них экспрессируют дофамин, ГАМК или серотонин.

Теперь они могут связать электрофизиологическое поведение с определенным нейротрансмиттером.

В дополнение к этому известна общая нейрохимическая анатомия . Например, серотонинергические нейроны находятся только в стволе мозга, а дофамин находится только в компактной части черной субстанции, вентральной области покрышки и гипоталамусе и имеет четыре различных типа проекций к телам других клеток.

Конечно, для доказательства рецензенты по-прежнему предпочитают окрашивание (как описано выше).