Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Первую установку, использующую γ-датчики для локализации опухолей мозга, описал Уильям Свит в 1953 году. Практически в то же время Фрэнк Ренн с соавторами опубликовал в Science результаты исследования опухолей мозга с использованием аннигиляции. Однако современная ПЭ-томография стала возможна только с появлением методов реконструкции изображения на основе множественных сечений. Эту работу начали Дэвид Кул и Рой Эдвардс в конце 1960 года, а закончили в 1975 году Тер-Погосян, Фелпс и Хоффман постройкой первого полноценного томографа.

Большинство современных изотопов для ПЭТ имеют очень короткий период полураспада, их даже изготавливают на циклотроне непосредственно перед введением в организм.

Введение радиофармпрепарата в организм человека проводится внутривенно. После того, как препарат попал в кровь, пациенту нужно находиться в полном спокойствии на протяжении 30—60 минут, что обеспечит оптимальное распределение введённого вещества.

После подобного «отдыха» пациента перевозят в камеру томографа, именно там при помощи специального детектирующего оборудования (ПЭТ-сканера) можно отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченных позитрон-излучающими радиоизотопами.

При сканировании ПЭТ-КТ облучение может быть значительным – около 23—26 мЗв (для 70 кг веса). Для пациентов с большей массой тела доза вводимого радиофармпрепарата увеличивается.

В общем ПЭТ можно скорее назвать методом поиска опухолей мозге, нежели методом исследования. Но если вспомнить, что для рентгена мозг прозрачен, а кости черепа экранируют ультразвук, то этот метод обследования по-своему уникален. И уж точно менее опасен, чем введение в мозг воздуха (пневмоэнцефалография) или контрастного вещества (ангиография) [19].

Генное исследование мозга. Транскриптом

В сентябре 2003 года Пол Аллен видный филантроп и один из основателей «Майкрософта» основал Институт исследований мозга Аллена, выделив 100 миллионов долларов на изучение того, как работает человеческий мозг, конкретнее – на том, каким образом гены создают мозг.

Но для начала выбрали модель попроще – мозг мыши. И в 2004 году стартовал проект – Атлас транскриптома головного мозга мыши (Allen Mouse Brain Atlas). Завершились работы в сентябре 2012 года.

Транскрипт – молекула РНК, образующаяся в результате экспрессии соответствующего гена или участка ДНК. Соответственно, транскрипто́м – это совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток.

Итогом стала база данных (фотографий срезов мозга, и цифровых трёхмерных изображений), в которой была собрана информация о том, в каком участке мозга какие гены работают. Все результаты по решению участников проекта были размещены с сети Интернет для открытого доступа (www.brain-map.org). [29].

Работа над генной картой мозга мыши позволила Институту Аллена благодаря приобретённому накопить достаточный опыт и создать технологии позволившие приступить к созданию основного проекта – построению транскриптомной карты головного мозга человека. [30]

Транскриптом мозга человека

Схема работы над генным атласом человеческого мозга мало отличалась от таковой для мозга мыши. Для исследования экспрессии генов был использован метод РНК-микрочипов (тогда как в случае мозга мыши применялся метод гибридизации in situ). После исследования структуры, срезы разделялись на более мелкие фрагменты – в итоге их было чуть более 900 для каждого из двух образцов. Затем из ткани выделялись все молекулы РНК, и полученный раствор наносился на специально разработанные микрочипы. В общей сложности было использовано 20 тысяч разных проб, покрывающих 93% известных генов человека (такое странное число можно объяснить тем, что, несмотря на почти полностью прочтённую последовательность генома человека, некоторые гены все ещё не представлены в молекулярных базах последовательностей).

Следующим этапом после всестороннего молекулярно-биологического исследования был биоинформационный анализ данных. Данные по транскриптому были сопоставлены с конкретными зонами мозга. После этого было проверено, существуют ли зоны и отделы мозга, идентичные по своему транскриптому, и можно ли выделить внутри традиционных анатомических зон мозга области с разными профилями экспрессии.

Между транскриптомами отдельных зон мозга были выявлены большие различия. А вот все клетки коры больших полушарий человеческого мозга экспрессируют один и тот же набор генов, независимо от принятого деления на функциональные зоны (зрительные, соматосенсорные, моторные).

Поразило исследователей и сходство между транскриптомами мозга двух людей (пока были исследованы только двое).