Возможность изменять или предотвращать экспрессию дефектных генов в мозге может быть использована в качестве мощного терапевтического средства против нейродегенеративных заболеваний. Однако молекулярные основы живого мозга по-прежнему в значительной степени недоступны, что затрудняет прогресс в таких многообещающих методах лечения.

Доступные варианты зондирования мозга не совсем подходят для этой задачи. Наиболее эффективным способом записи молекулярной информации из нескольких генов является биопсия ⎯ инвазивная, высокорискованная процедура.

Исследование , опубликованное сегодня в Science Advances, описывает новую технологию, разработанную в лаборатории биоинженера Ежи Шабловски в Университете Райса, которая может стать переломным моментом в генной терапии мозга . Новый неинвазивный инструмент под названием «Восстановление маркеров с помощью InSonation» или REMIS может измерять экспрессию генной терапии или эндогенных генов в определенных областях мозга.

«Наша ограниченная способность измерять экспрессию генов имеет существенные последствия для будущего генной терапии», — сказал Шабловски. «Например, в большинстве случаев невозможно неинвазивно подтвердить, успешно ли генная терапия достигла мозга, как долго она там остается и какие области мозга ею затронуты. Наше исследование показывает, что можно измерить экспрессию генов и доставку генной терапии в определенные области мозга с помощью относительно простой ультразвуковой процедуры».

REMIS основывается на предыдущей работе Шабловски и его коллег, которые были сосредоточены на сконструированных молекулах, известных как высвобожденные маркеры активности (RMA). С помощью платформы RMA исследователи внедрили синтетический репортер экспрессии генов в мозг, который, в свою очередь, производил белок, который мог переходить из мозга в кровоток, где его можно было легко извлечь и измерить с помощью анализа крови с исключительной чувствительностью: экспрессия RMA всего в 12 нейронах могла быть надежно обнаружена в крови.

Недостатком этой первоначальной версии технологии было то, что маркеры пересекали гематоэнцефалический барьер без разбора и, таким образом, не могли быть отслежены до определенных областей мозга. REMIS исправил эту проблему, используя ультразвук для доставки сконструированных белковых маркеров в кровоток только из целевых участков мозга.

«Мы создали маркеры, которые не могут пересекать эти кровеносные сосуды , пока их не стимулируют ультразвуком», — сказал Шабловски.

Еще одним преимуществом REMIS является то, что он также может измерять естественную экспрессию генов. Одним из примеров является c-Fos, ген, который используется в качестве маркера нейронной активности. Это подчеркивает потенциал REMIS не только для генной терапии, но и как диагностического и исследовательского инструмента.

«Мы особенно воодушевлены этой технологией, особенно с учетом того, что наша работа уже привела к финансированию клинического испытания с нашими коллегами из Медицинского колледжа Бэйлора и Онкологического центра им. М. Д. Андерсона», — сказал Шабловски.

Испытание будет включать использование сфокусированного ультразвука для высвобождения белков, присутствующих в мозге пациентов с болезнью Паркинсона, в кровоток, что может дать новое понимание молекулярных механизмов , вовлеченных в заболевание. Однако Шабловски сказал, что более непосредственным применением REMIS является мониторинг успешности доставки генов в мозг.

«Генная терапия — одно из самых захватывающих направлений в медицине, но нам нужны инструменты, чтобы знать, достигает ли генная терапия той части мозга, для которой она предназначена, и работает ли она так, как задумано», — сказал Шабловски. «REMIS предоставляет нехирургический вариант для этого, потенциально используя саму генную терапию в качестве маркера. Это большое преимущество, поскольку такие методы, как ПЭТ-сканирование, влекут за собой клиническую разработку новых зондов для каждого нового терапевтического средства».