New MIT Technik könnte helfen zu entziffern Gene " Rollen in Lernen und Gedächtnis

    Ärzte verwenden häufig die Magnetresonanztomographie ( MRI ), Um Tumoren von Diagnose, Schäden Schlaganfall Und viele andere medizinische Zustände . Neurowissenschaftler auf sie verlassen auch als Recherche-Tool zur Identifizierung von Teilen des Gehirns hergestellt, die verschiedene kognitive Funktionen .

    Jetzt hat ein Team von biologischen Ingenieure am MIT versucht, MRT zu einem viel kleineren Maßstab anpassen , so dass die Forscher die Genaktivität in den Gehirnen von lebenden Tieren zu visualisieren. Tracking diese Gene mit MRI würde Wissenschaftlern ermöglichen, mehr darüber, wie die Gene steuern Prozesse wie die Bildung von Erinnerungen und das Erlernen neuer Fähigkeiten zu lernen, sagt Alan Jasanoff ein MIT- Professor für Bioingenieurwesen und Leiter des Forschungsteams .

    " Der Traum von der molekularen Bildgebung ist es, Informationen über die Biologie der intakten Organismen zu schaffen, auf der Molekülebene ", sagt Jasanoff , der auch ein assoziiertes Mitglied der MIT McGovern Institut für Hirnforschung . " Ziel ist es, nicht zu zerhacken das Gehirn , sondern um tatsächlich Dinge, die im Inneren passiert sind zu sehen."

    Ein künstliches Gen, das ein- oder ausschaltet , um Signalereignisse im Körper, ähnlich wie eine Anzeige auf einem Auto Dashboard - Um Ihnen zu helfen dieses Ziel zu erreichen , haben Jasanoff und Kollegen eine neue Möglichkeit, ein Bild " Reportergen" entwickelt. In der neuen Studie , die Reporter -Gen kodiert für ein Enzym, das mit einem magnetischen Kontrastmittel injiziert in das Gehirn , so dass der Agent mit der MRT sichtbar interagiert. Dieser Ansatz, der in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Chemical Biology beschrieben , ermöglicht es den Forschern , um zu bestimmen , wann und wo die Reporter-Gen aktiviert ist.

    Ein Ein / Aus-Schalter

    MRI benutzt Magnetfelder und Radiowellen, die mit Protonen in den Körper, um detaillierte Bilder des Körperinneren produzieren interagieren. In Hirnstudien , Neurowissenschaftler verwenden häufig funktionelle MRT , um den Blutfluss , die zeigt, welche Teile des Gehirns sind während einer bestimmten Aufgabe aktiv zu messen. Beim Scannen von anderen Organen , Ärzte verwenden manchmal Magnet " Kontrastmittel " , um die Sichtbarkeit bestimmter Gewebe zu steigern.

    Die neue MIT Ansatz umfasst ein Kontrastmittel genannt Manganporphyrin und den neuen Reporter-Gen , welches für ein gentechnisch hergestelltes Enzym, das die elektrische Ladung auf der Kontrastmittel verändert . Jasanoff und Kollegen entwickelt des Kontrastmittels , so dass es in Wasser löslich ist und leicht aus dem Körper ausgeschieden wird , was es schwierig macht , die von MRI zu detektieren. Wenn jedoch das Enzym entwickelt , wie SEAP bekannt , Scheiben Phosphatmoleküle aus der Manganporphyrin , unlöslich wird und beginnt, in Hirngewebe anreichern , so dass sie sehen, das Kontrastmittel .

    Die natürliche Version SEAP wird in der Plazenta gefunden, aber nicht in anderen Geweben. Durch das Einspritzen eines Virus, das das SEAP -Gen in die Gehirnzellen von Mäusen konnten die Forscher in der Lage, das Gen in die Zellen " eigenes Genom zu integrieren. Gehirnzellen begannen dann die Herstellung der SEAP -Protein, das aus den Zellen ausgeschieden wird und auf ihren Außenflächen verankert werden. Das ist wichtig , Jasanoff sagt , weil es bedeutet, dass das Kontrastmittel nicht in die Zellen eindringen , um mit dem Enzym interagieren.

    Forscher können dann herausfinden, wo SEAP ist durch Einspritzen der MRT-Kontrastmittel , die über das gesamte Gehirn verteilt , sondern sammelt sich nur in der Nähe von Zellen, die das Protein SEAP aktiv.

    Explogehirnfunktion

    In dieser Studie, die entworfen wurde , um dieses allgemeine Konzept zu testen, offenbart das Detektionssystem nur, ob die SEAP -Gen erfolgreich in Gehirnzellen eingebaut . In weiteren Studien , beabsichtigen jedoch die Forscher die SEAP -Gen so zu konstruieren, es ist nur dann aktiv , wenn ein bestimmtes Gen von Interesse eingeschaltet ist.

    Jasanoff ersten Pläne, die SEAP -Gen mit so genannten " early immediate Gene ", die für die Plastizität des Gehirns notwendig sind verlinken - die Schwächung und Stärkung der Verbindungen zwischen den Neuronen , die wesentlich für Lernen und Gedächtnis ist .

    " Da die Menschen , die sich für die Gehirnfunktion sind die Top- Fragen, die wir ansprechen wollen, sind , wie die Gehirnfunktion ändert Muster der Genexpression im Gehirn ", sagt Jasanoff . "Wir eine Zukunft vorstellen, auch wenn wir vielleicht das Reporterenzym ein- und ausschalten , wenn es um Neurotransmitter bindet , so dass wir Änderungen der Neurotransmitter Ebenen sowie zu erkennen. "

    Assaf Gilad , ein Assistent Professor für Radiologie an der Johns Hopkins University, sagt der MIT-Team hat ein " sehr kreatives Konzept" für die Entwicklung von nicht-invasiven , Echtzeit-Bildgebung der Genaktivität übernommen. " Diese Art von gentechnisch Reporter haben das Potenzial, unser Verständnis vieler biologischer Prozesse zu revolutionieren ", sagt Gilad , der nicht an der Studie beteiligt war.