МРТ изображения экспрессии генов
Гены определяют функции клеток - например, когда необходимо исправить ошибки ДНК или когда клетка должна погибнуть - и они могут быть включены или выключены, как выключатель света. И знание того, какие гены включаются или экспрессированы, имеет большое значение для лечения и мониторинга заболеваний. Впервые ученые технологического института Калифорнии смогли создать метод изображения активности генов в клетках внутри живого организма, с использованием обычной технологии формирования изображения.
Исследователи в лаборатории под руководством Михаила Шапиро, в Медицинском научно-исследовательском институте, изобрели новый способ связать сигналы, возникающие при проведении томографии с использованием МРТ, с активизацией генов в клетках в живых тканях, включая опухолевые образования. Разработанная методика через некоторое время может быть внедрена в клиническую практику, что позволило бы определять экспрессию генов, подлежащих мониторингу неинвазивно, без использования инвазивных процедур, например биопсии .
Результаты проведенной работы были опубликованы в интернет – издании журнала Nature Communications.
При МРТ сканировании атомы водорода в организме, которые в основном содержатся в молекулах воды и жира – активизируются под воздействием магнитных волн. Активированные под воздействием магнитного поля атомы начинают излучать радиосигналы , которые в дальнейшем фиксируются для формирования изображения различных тканей , таких как мышцы , мозг , и их идентификация проводится на основе местной физической и химической среды молекул воды. Метод МРТ визуализации уже широко используется в клинической практике, но он позволяет, как правило, получить только анатомические снимки тканей или визуализировать физиологические функции, такие как кровоснабжение, но не позволял наблюдать активность определенных клеток.
"Мы подумали, что если бы нам удалось ассоциировать сигналы от молекул воды с генной экспрессией, представляющих интерес, то нам бы удалось изменить подход к формированию изображений клеток при МРТ визуализации, « говорит соавтор исследования Арнаб Мукерджи.
Группа ученых обратила внимание на белок, который образуется в организме человека, и называется аквапорин. Аквапорин располагается внутри мембраны клеток, которая окружает клетку и действует как проводник для молекул воды, что позволяет им входить и выходить из клетки. Команда Шапиро пришла к выводу, что увеличение числа аквапоринов в конкретной клетке можно увидеть на МРТ изображениях, полученных с использованием общего клинического метода, который называется диффузно-взвешенная МРТ визуализация, которая чувствительна к перемещению молекул воды. Затем они соединили аквапорин с генами, представляющими интерес, что превратило его в то, что ученые называют ген-репортером. Это означает, что когда интересующий ген включен, в клетке будет гиперэкспрессия аквапорина, что будет делать клетку более темной на сканах при диффузионно-взвешенной( ДВ) МРТ.
Ученые доказали, что разработанный ими метод был успешным для контроля экспрессии (активности) генов в опухолевой ткани в головном мозге мышей. После пересадки опухоли, они дали мышам препарат, который стимулируют в опухолевых клеток экспрессию аквапорин ген-репортера , который позволяет опухоли выглядеть темнее на изображениях МРТ.
"Избыточная экспрессия аквапорина не оказывает отрицательного воздействия на клетки, потому что это влияет исключительно на воду, и просто позволяет молекулам двигаться туда и обратно через клеточную мембрану, « говорит Шапиро. В нормальных физиологических условиях число молекул воды, входящих и выходящих в клетку с помощью аквапорина одинаковое, так что общее количество воды в каждой клетке не изменяется. "Аквапорин очень удобный способ коренным образом изменить методику визуализации клеток на сканах МРТ."
Хотя исследование было проведено на мышах, тем не менее, полученные результаты могут быть потенциально использованы в клинической практике. Аквапорин является естественным метаболитом организма и не будет приводить к иммунному ответу организма . Разработанные ранее репортеры генов для МРТ были гораздо более ограничены в своих возможностях, и требовали использования определенных металлов, которые не всегда попадают в некоторые ткани .
"Такой ген-репортер для МРТ - это, по сути « святой Грааль »в медицинской визуализации, так как он позволяет наблюдать за функцией клеток неинвазивно, « говорит Шапиро. "Аквапорины дают новый подход решения этой проблемы. Примечательно, что белок, просто позволяя молекулам воды более легко проникать и выходить из клеток в ткани, дает возможность нам наблюдать процессы в клетках внутри организма."