Ученые изобрели метод, позволяющий отслеживать выделение нейромедиаторов – веществ, которые влияют на передачу нервных импульсов в соединениях нервных клеток. О первых итогах своей работы они рассказали 22 августа на конференции Американского химического общества в Филадельфии.
Регистрировать электрическую активность в нервной системе исследователи умеют уже давно. Гораздо сложнее следить за выделением химических веществ, которые обеспечивают передачу сигнала в синапсах – соединениях нейронов. Нейрон, передающий импульс, выделяет в синаптическую щель, которая разделяет мембраны двух клеток, особое вещество – нейромедиатор, или нейротрансмиттер. Молекулы нейромедиатора связываются с рецепторами соседней клетки, активируя ее.
Обнаружить нейромедиаторы трудно, так как они выделяются в весьма небольшом количестве. Их можно зарегистрировать, взяв пробу вещества из синаптической щели, но ученым хотелось бы наблюдать их выделение в реальном времени. Для этого используется металлический зонд, внедряемый внутрь синапса, который позволяет определять, сколько нейромедиаторов вступает в реакцию с металлом. Но этот метод не позволяет отличать нейромедиаторы с похожей структурой молекул, например, дофамин и норадреналин.
Нейробиолог Пауль Шлезигер (Paul Slesinger) из Медицинской школы больницы Маунт-Синай в Нью-Йорке и нейрофизиолог Давид Кляйнфелд (David Kleinfeld) из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали генетически модифицированные клетки человека, которые производят искусственные рецепторы для нейромедиаторов. Рецепторы связаны с флуоресцентными молекулами, так что каждый раз, когда в клетку проникает нейромедиатор, можно зафиксировать свечение.
Такие клетки, получившие название CNiFER (cell-based neurotransmitter fluorescent engineered reporters) ученые ввели в мозг 13 лабораторных мышей. В черепе каждой мыши было сделано прозрачное окошко, через которое при помощи микроскопа было удобно следить за флуоресценцией клеток. В течение пяти дней исследователи вырабатывали у мышей простой условный рефлекс. Мыши слышали звуковой сигнал, а затем получали угощение – сахар. В итоге у мышей, совсем как у собак в опытах Ивана Павлова, начиналось выделение слюны после звукового сигнала. Одновременно ученые регистрировали, какие нейромедиаторы выделяются в мозге мышей, и обнаружили, что звуковой сигнал вызывает всплеск выделения дофамина. Ранее было установлено, что при выработке такого рефлекса выделяется также и норадреналин. Шлезингер и Кляйнфелд впервые смогли раздельно измерить изменения в концентрации двух веществ и установили, что всплеск норадреналина возникает через разные промежутки времени после сигнального звука, а величина его остается одинаковой, тогда как выделение дофамина в ходе выработки рефлекса нарастает.
