המוח הוא האיבר המוגן ביותר בגוף, עטוף במחסום מורכב וכמעט בלתי חדיר של כלי דם מיוחדים. אמנם המערך האנטומי הספציפי הזה מגן עליו מפני פולשים מבחוץ, אך הוא גם מקשה על החוקרים לחקור כיצד גנים ספציפיים באים לידי ביטוי ⎯ וכיצד שינויים כאלה בביטוי הגנים עלולים להוביל למחלה.
כעת מדענים מאוניברסיטת רייס פיתחו דרך לא פולשנית לניטור דינמיקה של ביטוי גנים במוח, מה שמקל על חקירת התפתחות המוח, תפקוד קוגניטיבי ומחלות נוירולוגיות, לפי מחקר שפורסם ב- טבע ביוטכנולוגיה.
מהנדס הביו-אורז יז'י שבלובסקי ועמיתיו הנדסו מחלקה ייחודית של מולקולות, הידועות כסמני פעילות משוחררים (RMAs), שניתן להשתמש בהן למדידת ביטוי גנים במוח באמצעות בדיקת דם פשוטה.
בדרך כלל, אם תרצה להסתכל על ביטוי גנים במוח, תצטרך לחכות לעשות ניתוח שלאחר המוות. ישנן כמה טכניקות הדמיה מודרניות יותר שיכולות לעשות זאת, אך חסרות להן רגישות וסגוליות לעקוב אחר שינויים בסוגי תאים ספציפיים.
עם פלטפורמת ה-RMA, אנו יכולים להכניס למוח כתב ביטוי גנים סינתטי, המייצר חלבון שיכול לעבור דרך מחסום הדם-מוח. לאחר מכן נוכל למדוד שינויים בביטוי של גן מעניין באמצעות בדיקת דם פשוטה."
יז'י שבלובסקי, עוזר פרופסור לביו-הנדסה בבית הספר להנדסה ג'ורג' ר. בראון של רייס
שבלובסקי שקל לראשונה את האפשרות של כתב ביטוי גנים סינתטי לאחר שציין שהמוח יפנה במהירות זריקות טיפול נוגדנים.
"בכל פעם שההזרקות האלה נעשו, הנוגדנים פשוט היו נעלמים ⎯ הם לא היו מסתובבים מספיק זמן במוח בשביל טיפול יעיל", הסביר. "אבל חשבנו שאפשר לשנות את הכישלון של טיפולי נוגדנים לטובתנו. מה אם ניקח את החלק של הנוגדן שאחראי לבריחה הזו ונחבר אותו לחלבון שניתן לזהות בקלות? אז נוכל לראות איפה, מתי ואיך חלק גדול מגן מסוים בא לידי ביטוי במוח."
חוקרים אחרים כבר קבעו כי נוגדנים עוברים את דרכם דרך מחסום הדם-מוח באמצעות הקולטן המתגבש לשברי יילודים (FcRn), גן הידוע כמסייע בשמירה על רמת הנוגדנים הקיימים בגוף. באמצעות טכניקות ביו-הנדסה מתוחכמות, שבלובסקי והצוות חיברו את החלק של הנוגדן שעוזר לו לעבור את מחסום הדם-מוח לחלבון כתב נפוץ כדי לנצל את פתח המילוט הביולוגי הזה. כשהקבוצה חיברה אז את ה-RMAs לגן ספציפי וביטא את הגן הזה במוח של עכבר, הם יכלו לראות את הביטוי הזה משתקף בדם החיה.
"שיטה זו רגישה מאוד ויכולה לעקוב אחר שינויים בתאים ספציפיים", אמר שבלובסקי. "ייצור חלבון זה בכ-1% מהמוח העלה את רמות הדם שלו עד פי 100,000 בהשוואה לקו הבסיס. נוכל לעקוב ספציפית אחר הביטוי של חלבון אחד זה רק באמצעות בדיקת דם".
לעת עתה, שבלובסקי רואה ב-RMA כלי מחקר חיוני כדי לעזור למדענים לנטר טוב יותר את ביטוי הגנים במוח. לדוגמה, הוא אמר, ניתן להשתמש בפלטפורמת RMA כדי לבדוק כמה זמן טיפולים גנים חדשים נשארים במוח לאורך זמן.
"נוכל לעקוב אחר הטיפולים החדשים הללו באמצעות בדיקת דם בלבד ולהמשיך לעקוב אחריהם לאורך זמן מכיוון שפלטפורמת ה-RMA אינה פולשנית", אמר. "אבל אנחנו יכולים גם להשתמש ב-RMA כדי לחקור את ביטוי הגנים בהתייחס למחלה. היכולת לעקוב אחר שינויים שונים בביטוי הגנים תאפשר לנו להבין מה מוביל למחלה וכיצד המחלה עצמה משנה את ביטוי הגנים במוח. זה יכול לספק חדש רמזים לפיתוח תרופות, או אפילו איך למנוע מחלות נוירולוגיות מלכתחילה".
קרן דייוויד ולוסייל פקארד (2021-73005) והמכונים הלאומיים לבריאות (R21EB033059, DP2GM140923, R00DA043609, F31NS125927) תמכו במחקר.
