Ученые создали системы доставки генов для клеток мозга и спинного мозга

Исследовательские группы разработали универсальный набор систем доставки генов, которые с исключительной точностью могут достигать различных типов нейронных клеток в человеческом мозге и спинном мозге. Эти системы — значительный шаг к будущей прецизионной генной терапии мозга, которая могла бы безопасно и с высокой точностью контролировать патологическую активность. В отличие от этого, современные методы лечения заболеваний мозга в основном воздействуют только на симптомы.

Новые системы доставляют генетический материал в мозг и спинной мозг для целевого использования определенными типами клеток. Эта платформа может изменить подходы к изучению нейронных цепей. Она предоставляет исследователям инструменты доставки генов для различных видов, используемых в исследованиях, без необходимости в генетически модифицированных (трансгенных) животных. Примеры применения: визуализация тонких структур клеток мозга с помощью флуоресцентных белков, а также активация или подавление цепей, контролирующих поведение и когнитивные функции.

Новые инструменты используют небольшой, «облегченный» адено-ассоциированный вирус (AAV) для доставки ДНК в целевые клетки. Они могут широко применяться для многих видов и экспериментальных систем, включая небольшие образцы тканей, удаленные во время операций на человеческом мозге. Системы были протестированы (валидированы) в живых системах, что является важным шагом для их широкого внедрения. Опубликованный набор инструментов включает:

• Десятки систем доставки, избирательно нацеленных на ключевые типы клеток мозга: возбуждающие нейроны, тормозные интернейроны, подтипы стриатальных и кортикальных клеток, клетки кровеносных сосудов мозга, а также труднодоступные нейроны спинного мозга, контролирующие движение тела и повреждаемые при таких неврологических заболеваниях, как боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия.
• Компьютерные программы на основе искусственного интеллекта (ИИ), которые могут идентифицировать генетические «переключатели» (энхансеры), включающие гены в специфичных типах клеток мозга, используя данные от многих видов. Это значительно сокращает время и усилия ученых в поиске таких генетических переключателей.

Этот набор исследовательских инструментов значительно ускорит понимание человеческого мозга. Важно, что он обеспечивает доступ к специфичным типам клеток в префронтальной коре — области, критически важной для принятия решений и уникальных человеческих черт.

С другими инструментами набора ученые смогут лучше изучать отдельные клетки и пути коммуникации, которые, как известно, нарушены при ряде неврологических заболеваний: эпилепсии, БАС, болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона, а также различных нейропсихиатрических состояниях.

Терапии на основе AAV уже одобрены для некоторых состояний, например, спинальной мышечной атрофии (одобрение генной терапии Zolgensma в 2016 году). Новый набор инструментов закладывает основу для более точных методов лечения, воздействующих только на пораженные клетки в мозге, спинном мозге или кровеносных сосудах мозга.

Набор инструментов доступен в центрах распространения, включая Addgene. Коллекция публикаций предоставляет исследователям стандартные операционные процедуры и руководства пользователя.

Крупномасштабный проект объединил экспертов в области молекулярной биологии, нейробиологии и искусственного интеллекта (ИИ). Статьи по результатам инициативы опубликованы в журналах Neuron, Cell, Cell Reports, Cell Genomics и Cell Reports Methods.