Wissenschaftler haben einen Schlüssel entdeckt, um das Geheimnis degenerativer Hirnerkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit zu lüften

Wissenschaftler haben NeuM entwickelt, eine neuronale Markierungstechnik, die eine detaillierte Überwachung der neuronalen Struktur ermöglicht. Erfolgreiche Überwachung neurologischer Veränderungen für bis zu 72 Stunden.

Alzheimer-Erkrankung Parkinson-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Schlaganfall sind die Haupttrias neurodegenerativer Erkrankungen. Diese Störungen sind durch die Funktionsstörung und den fortschreitenden Verfall von Nervenzellen, also Neuronen, gekennzeichnet. Um die zugrunde liegenden Mechanismen dieser neurologischen Erkrankungen zu verstehen und Behandlungsmöglichkeiten zu formulieren, ist es wichtig, über Markierungstechniken zu verfügen, die eine Visualisierung neuronaler Veränderungen sowohl unter gesunden als auch unter pathologischen Bedingungen ermöglichen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Kim Yeon-kyung vom Brain Science Institute am Korea Institute of Science and Technology (Kistkündigte in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Zhang Yong-tai von der Pohang University of Science and Technology die Entwicklung einer neuronalen Markierungstechnologie der nächsten Generation namens NeuM an. NeuM (selektive neuronale Membranen) markiert selektiv neuronale Membranen, visualisiert neuronale Strukturen und ermöglicht die Echtzeitüberwachung neuronaler Veränderungen.

Forscher des Teams von Dr. Kim Yun-kyung am KIST nutzen die neuronale Markierungstechnologie der nächsten Generation, NeuM, um Neuronen in Echtzeit zu visualisieren und hochauflösende Bilder zu untersuchen. Bildnachweis: Korea Institute of Science and Technology

Neuronen verändern kontinuierlich ihre Struktur und Funktion, um Informationen von Sinnesorganen an das Gehirn zu übertragen und Gedanken, Erinnerungen und Verhaltensweisen zu organisieren. Um neurodegenerative Erkrankungen zu überwinden, ist es daher notwendig, Techniken zu entwickeln, die lebende Neuronen für die Echtzeitüberwachung selektiv markieren. Aktuelle gen- und antikörperbasierte Markierungstechniken, die üblicherweise zur Überwachung von Neuronen eingesetzt werden, leiden jedoch unter einem Rückgang Genauigkeit Aufgrund der Abhängigkeit von der Genexpression oder bestimmten Proteinen ist eine Langzeitverfolgung schwierig.

Vorteile und Möglichkeiten von NeuM

NeuM, das vom Forschungsteam durch molekulares Design von Neuronen entwickelt wurde, weist eine hervorragende Affinität zu neuronalen Membranen auf und ermöglicht so eine langfristige Verfolgung und hochauflösende Bildgebung von Neuronen. Fluoreszenzsensoren in NeuM heften sich mithilfe der Aktivität lebender Zellen an neuronale Membranen und senden bei Anregung durch bestimmte Lichtwellenlängen Fluoreszenzsignale aus. Diese Visualisierung neuronaler Zellmembranen ermöglicht eine detaillierte Beobachtung von Nervenendstrukturen und eine hochauflösende Überwachung neuronaler Differenzierung und Interaktionen.

Molekulares Design zur selektiven Markierung neuronaler Membranen. Bildnachweis: Korea Institute of Science and Technology

Als erste Technologie zur Färbung von Zellmembranen durch Endozytose in lebenden Neuronen zeigt NeuM eine selektive Reaktivität gegenüber lebenden Zellen und schließt tote Zellen ohne Internalisierung aus. Darüber hinaus gelang es dem Forschungsteam, die Überwachungszeit von Neuronen von lediglich 6 Stunden auf 72 Stunden zu verlängern, wodurch dynamische Veränderungen in lebenden Neuronen als Reaktion auf Umweltveränderungen über einen längeren Zeitraum erfasst werden konnten.

NeuM soll Einblicke in die Forschung und Behandlungsentwicklung für neurodegenerative Erkrankungen liefern, für die es derzeit keine Heilung gibt. Diese Erkrankungen, darunter auch die Alzheimer-Krankheit, entstehen durch die Schädigung von Nervenzellen durch die Produktion toxischer Proteine ​​wie Amyloid und den Zustrom entzündungsfördernder Substanzen. Eine genaue Überwachung von NeuM auf neurologische Veränderungen kann die Bewertung möglicher therapeutischer Verbindungen wirksam erleichtern.

„Das NeuM, das dieses Mal entwickelt wurde, kann zwischen alternden und degenerierenden Neuronen unterscheiden und wird zu einem entscheidenden Instrument bei der Aufklärung der Mechanismen degenerativer Hirnstörungen und der Entwicklung von Behandlungen“, sagte Dr. Kim. Er fügte außerdem hinzu: „In Zukunft planen wir, NeuM für eine genauere Analyse von Neuronen zu verbessern, indem wir fluoreszierende Wellenlängen entwickeln, um Farben wie Grün und Rot zu unterscheiden.“

Referenz: „NeuM: eine neuronenselektive Sonde, die über Clathrin-vermittelte verstärkte Endozytose in primären Neuronen in lebende neuronale Membranen eingebaut wird“ von Yoonsik Song, Lizaveta Gotina, Kyu-Hyun Kim, Jung-Yul Lee, Solji Shin, Hira Aziz, Dong- Min Kang, Xiao 7. Dezember 2023, 7. Dezember 2023 Angewandte Chemie Internationale Ausgabe.
doi: 10.1002/ange.202312942

Diese Forschung wurde vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (Minister Lee Jung-ho) durch KIST-Großprojekte und das Overcoming Dementia Project (RS-2023-00261784) unterstützt.