Серотонин – это нейромедиатор, который частично отвечает за чувство счастья и за регулирование настроения у людей. Это делает его общей мишенью для антидепрессантов, которые блокируют реабсорбцию серотонина нейронами после того, как он отправил свой сигнал, поэтому большая его часть остается в мозгу.
Теперь исследователи Массачусетского технологического института разработали метод визуализации, который впервые позволяет трехмерное картирование серотонина по мере его реабсорбции в нейроны во многих областях живого мозга. По словам исследователей, этот метод дает беспрецедентное представление о динамике серотонина и может стать мощным инструментом для исследования и разработки антидепрессантов.
"До сих пор было невозможно посмотреть, как нейротрансмиттеры транспортируются в клетки через большие области мозга," говорит Авиад Хай, постдок факультета биологической инженерии и первый автор статьи, описывающей эту технику, в сегодняшнем выпуске Neuron. "Это первый раз, когда вы можете увидеть ингибиторы обратного захвата серотонина, такие как антидепрессанты, работающие в разных частях мозга, и вы можете использовать эту информацию для анализа всех видов антидепрессантов, открытия новых и увидеть, как эти препараты влияют на серотонин. система через мозг."
Другие авторы статьи – Алан Джасанов, профессор биологической инженерии; и трое других исследователей в лаборатории Ясанова: Лили Икс. Кай, Тхэкван Ли и Виктор С. Lelyveld.
Измерение обратного захвата
Многие антидепрессанты, нацеленные на серотонин, работают, блокируя переносчики серотонина, которые реабсорбируют нейротрансмиттер в нейрон, поэтому его можно повторно использовать после того, как он отправил химический сигнал. Удачно названный "селективные ингибиторы обратного захвата серотонина" (СИОЗС), эти препараты повышают уровень серотонина в головном мозге, облегчая чувство тревоги и депрессии, вызванные низким уровнем нейромедиатора.
Исследователи чаще всего изучают действие антидепрессантов с помощью метода, известного как микродиализ, при котором они вводят зонд в мозг, чтобы взять крошечные химические образцы из ткани. Но этот метод трудоемок и ограничен по объему, так как позволяет им изучать только одно место за раз.
Для новой техники визуализации исследователи разработали белок, который действует как датчик, который фиксируется на серотонине и отделяется в момент обратного захвата. Датчик вводится вместе с серотонином и излучает сигнал, который можно прочитать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Хитрость в том, что датчик остается выключенным – излучает слабый сигнал – когда он связан с серотонином, и включается, создавая гораздо более яркий сигнал, когда серотонин удаляется.
В новой системе математическая модель использует данные сигнала фМРТ для построения трехмерной карты, которая состоит из более чем 1000 вокселей (пикселей в трех измерениях), причем каждый воксель представляет собой единственную точку измерения обратного захвата серотонина. На основе силы сигнала в каждой точке модель рассчитывает количество абсорбируемого серотонина в присутствии и в отсутствие СИОЗС.
"По сути, то, что мы видели в этой работе, – это метод измерения того, сколько нейромедиатора [абсорбируется] и как на это количество или скорость влияют различные лекарства … очень параллельным образом через большую часть мозга," Ясанов говорит. По его словам, эта информация может быть очень ценной для проверки эффективности лекарств.
Картирование антидепрессивной динамики
s
Чтобы проверить датчик, исследователи успешно измерили ожидаемый эффект флуоксетина SSRI, обычно называемого прозаком, на переносчики серотонина в шести субрегионах области мозга, известной как базальные ганглии. Считается, что эти субрегионы играют роль в мотивации, вознаграждении, познании, обучении, эмоциях и других функциях и поведении.
При этом исследователи одновременно зафиксировали более сильное снижение обратного захвата серотонина в ответ на прозак в трех субрегионах, отметив при этом очень слабый ответ в одном другом регионе. Эти результаты были более или менее ожидаемыми, говорит Ясанов. "Но теперь мы можем отобразить этот эффект в трех измерениях по областям мозга," он говорит, что может привести к прогрессу в изучении воздействия лекарств на определенные части мозга.
Но исследователи обнаружили удивительную находку. При картировании эффектов ингибитора обратного захвата дофамина, предназначенного только для нацеливания на дофамин, они обнаружили, что препарат снижает обратный захват серотонина до степени, сравнимой с таковой у СИОЗС, в трех субрегионах, одна из которых известна высокой экспрессией переносчика дофамина. Предыдущие исследования показали, что белки-переносчики дофамина могут способствовать снижению обратного захвата серотонина, но новые результаты показывают, что этот эффект широко распространен в живом мозге, говорит Джасанофф.
Этот эксперимент является дополнительным доказательством сильного взаимодействия между системами серотонина и дофамина и показывает, что антидепрессанты могут быть менее эффективными при воздействии только на один из двух нейромедиаторов, говорит Хай. "Одного лишь блокирования обратного захвата серотонина может быть недостаточно, потому что есть еще одна система – дофамин – которая также играет роль в транспорте серотонина," он говорит. "Это почти доказательство того, что когда вы принимаете антидепрессанты, … нацелить обе системы, это могло бы быть более эффективным."
Следующие шаги для исследователей – изучить различные области мозга с помощью этого датчика, включая спинной шов, который производит большую часть серотонина в мозге. Они также делают еще один датчик на основе наночастиц, который более чувствителен, чем тот, который использовался в этом исследовании.