Kalifornijos universiteto Deiviso mokslininkai sukūrė greitą, neinvazinį įrankį, leidžiantį sekti neuronus ir biomolekules, kurias smegenyse aktyvuoja psichodeliniai vaistai. Baltymų pagrindu sukurta priemonė, vadinama Ca2+ aktyvuota Split-TurboID arba CaST, aprašyta tyrime, paskelbtame m. Gamtos metodai.
Didėja susidomėjimas psichodelinių junginių, kaip smegenų sutrikimų, įskaitant depresiją, potrauminį stresą ir medžiagų vartojimo sutrikimą, gydymu. Psichodeliniai junginiai, tokie kaip LSD, DMT ir psilocibinas, skatina neuronų ir jų jungčių augimą ir stiprėjimą smegenų prefrontalinėje žievėje. Naujoji priemonė galėtų padėti mokslininkams atskleisti psichodelinio gydymo naudą pacientams, sergantiems smegenų sutrikimais.
„Svarbu pagalvoti apie ląstelių mechanizmus, kuriuos veikia šie psichodeliniai preparatai“, – sakė Christina Kim, UC Daviso neuromokslų centro ir medicinos mokyklos neurologijos docentė ir UC Daviso psichodelikų ir neuroterapijos instituto filialas. „Kas tai yra? Kai tai žinome, galime sukurti skirtingus variantus, nukreiptus į tą patį mechanizmą, bet su mažiau šalutinių poveikių.”
Šis tyrimas suteikia mokslininkams naują metodą, kuris galėtų būti naudojamas žingsnis po žingsnio sekti molekulinius signalizacijos procesus, kurie yra atsakingi už šių junginių naudingą neuroplastinį poveikį. Be to, CaST korinio žymėjimo užduotį atlieka greitai, užtrukdamas 10–30 minučių, o ne valandas, būdingas kitiems žymėjimo metodams.
„Laboratorijoje sukūrėme šiuos baltymus, kurie gali būti supakuoti į DNR, o vėliau sudėti į nekenksmingus su adeno susijusius virusus“, – sakė Kim. „Kai mes pristatome CaST įrankį ir šiuos baltymus į neuronus, jie inkubuojasi ląstelių viduje ir pradeda ekspresiją.
Tyrimas buvo atliktas bendradarbiaujant su Davidu Olsonu, Psichodelikų ir neuroterapijos instituto įkūrėju ir chemijos bei biochemijos bei molekulinės medicinos katedrų profesoriumi.
Smegenų momentinė nuotrauka
CaST įrankis naudojasi intraląstelinio kalcio koncentracijos pokyčiais – beveik universaliu žymekliu neurono aktyvumui stebėti. Kai neuronai pasižymi dideliu aktyvumu, jie pasižymi dideliu kalcio kiekiu. CaST naudoja šią užuominą ląstelei pažymėti maža biomolekule, vadinama biotinu.
Tyrimo metu Kim ir jos kolegos pelėms skyrė psichodelinį psilocibiną. Tada jie naudojo CaST kartu su biotinu, kad nustatytų neuronus su padidėjusiu kalcio kiekiu prefrontalinėje žievėje. Prefrontalinė žievė yra sritis, kurią paveikė daugelis smegenų sutrikimų, taip pat sritis, kurioje psichodelinės medžiagos skatina neuronų augimą ir stiprėjimą.
Tyrėjai taip pat stebi pelių galvos trūkčiojimo reakcijas. Galvos trūkčiojimas yra pagrindinė psichodelikų sukeltų haliucinacijų elgesio koreliacija.
„CaST puiku yra tai, kad jį galima naudoti laisvai besielgiančiam gyvūnui“, – sakė Kim, pažymėdamas, kad kitose ląstelių žymėjimo technologijose reikia stabilizuoti pelės galvą, kad būtų galima atlikti vaizdus. „Biotinas taip pat yra puikus žymėjimo substratas, nes yra daug jau egzistuojančių komercinių priemonių, kurios gali pranešti, ar biotino yra, ar ne, naudojant paprastą dažymo ir vaizdo gavimo metodą.
Koncepcijos įrodymo eksperimentas davė tai, ką Kimas pavadino „kameros momentine nuotrauka“ iš prefrontalinės žievės sričių, kurias aktyvavo psilocibinas.
Tolesni žingsniai
Kim ir jos kolegos dabar dirba su metodais, leidžiančiais ženklinti ląsteles visame smegenyse naudojant CaST įrankį. Be to, jie tiria būdus, kaip praturtinti atskirų baltymų, kuriuos gamina neuronai, paveikti psichodelikų, parašą.
„Mes galime nusiųsti tuos mėginius į UC Davis Proteomics Core Facility ir jie gali mums pateikti nešališką visų mūsų identifikuotų baltymų vaizdą“, – sakė Kim. „Mes norime ištirti visą jų turinį pagal tai, kokius baltymus jie išreiškia, kokius genus jie išreiškia, ir pabandyti išsiaiškinti, kuo skiriasi psilocibinu gydyti gyvūnai nuo kontrolinių gyvūnų ar gyvūnų ligų modelių.”
Tikslas yra nustatyti, kaip psichodeliniai preparatai naudingi smegenų sutrikimų turinčių asmenų ląstelių profiliams, išaiškinant laipsnišką jų terapinio poveikio ląstelių procesą.
Kimas išreiškė susidomėjimą atlikti būsimus eksperimentus, bendradarbiaujant su Olsono laboratorija, kuri naudoja CaST įrankį, kad palygintų psichodelikų sukeltą neuronų aktyvumą su ne haliucinogeninių neuroterapijų sukeltu aktyvumu.
„CaST bus svarbi priemonė tiriant šių neuroterapinių vaistų veikimo mechanizmus“, – sakė Kim.
Papildomi UC Davis autoriai yra pagrindiniai autoriai Run Zhang ir Maribel Anguiano bei Isak K. Aarrestad, Sophia Lin, Joshua Chandra ir Sruti S. Vadde.