Уровни нейротрансмиттеров в мозге могут указывать на здоровье мозга и нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера. Однако защитный гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) затрудняет доставку флуоресцентных датчиков, которые могут обнаружить эти небольшие молекулы, в мозг. Теперь исследователи, пишущие в ACS Central Science, демонстрируют способ упаковки этих датчиков для легкого прохождения через ГЭБ у мышей, что позволяет улучшить визуализацию мозга. При дальнейшем развитии эта технология может помочь улучшить диагностику и лечение болезни Альцгеймера.

Обычно уровень нейротрансмиттеров снижается с возрастом, но низкий уровень нейротрансмиттера аденозинтрифосфата (АТФ) может быть признаком болезни Альцгеймера. Чтобы измерить местоположение и количество АТФ в мозге, исследователи разработали флуоресцентные датчики из фрагментов ДНК, называемых аптамерами, которые загораются при связывании с целевой молекулой. Разработаны методы доставки этих датчиков из кровотока в мозг, но большинство из них содержат синтетические компоненты, которые не могут легко пересекать ГЭБ.

Для разработки датчиков для визуализации мозга в реальном времени Йи Лу и его коллеги инкапсулировали датчик АТФ-аптамера в микроскопические везикулы, полученные из клеток мозга, называемые экзосомами. Они протестировали новую систему доставки датчиков в лабораторных моделях ГЭБ и в мышиных моделях болезни Альцгеймера.

Лабораторная модель BBB состояла из слоя эндотелиальных клеток поверх раствора, содержащего клетки мозга. Экзосомы исследователей, загруженные сенсорами, были почти в четыре раза эффективнее обычных систем доставки сенсоров при прохождении через эндотелиальный барьер и высвобождении флуоресцентного сенсора в клетки мозга . Они подтвердили это, измерив наблюдаемый уровень флуоресценции, вызванной связыванием АТФ.

Затем команда Лу ввела мышиным моделям болезни Альцгеймера либо экзосомы с датчиками, либо свободно плавающие незагруженные датчики. Измеряя сигналы флуоресценции у мышей , исследователи обнаружили, что свободно плавающие датчики оставались в основном в крови, печени, почках и легких, тогда как датчики, доставленные через экзосомы, накапливались в мозге.

В мышиных моделях болезни Альцгеймера датчики, доставляемые экзосомами, определили местоположение и концентрацию АТФ в различных областях мозга. В частности, они наблюдали низкие уровни АТФ в гиппокампе, коре и субикулюме мозга, что указывает на заболевание. Исследователи говорят, что их нагруженные экзосомами АТФ-реактивные датчики показывают перспективность для неинвазивной визуализации живого мозга и могут быть доработаны в дальнейшем для создания датчиков для ряда клинически значимых нейротрансмиттеров.