Ученые ПНИПУ разработали новый метод поиска биомаркеров нейродегенеративных заболеваний

В поиске ранних маркеров ученые обратили внимание на D-аминокислоты, поскольку их накопление в мозге может быть признаком развития нейропатологий. Однако известные сегодня подходы к определению этих молекул либо слишком дороги для широкого применения, либо недостаточно точны для исследования сложных биологических тканей. Ученые Пермского Политеха разработали новый способ обнаружить D-аминокислоты даже в минимальных количествах в различных отделах мозга. Это открывает путь к более ранней диагностике болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Сегодня исследователи сосредоточены на изучении биомаркеров — молекул, которые начинают меняться или накапливаться в тканях задолго до появления первых симптомов. Если научиться вовремя обнаруживать их, появится шанс диагностировать болезнь на самой ранней стадии.

В качестве таких индикаторов рассматривают аминокислоты — серин и аспарагиновую кислоту. У каждой из них есть две версии: обычная L-форма и ее зеркальное отражение D-форма. В здоровом организме преобладают L- аминокислоты, а D-форма синтезируется или поступает с пищей лишь в небольших количествах. Однако при развитии патологии равновесие нарушается, и содержание зеркальных молекул может заметно увеличиться, а значит, в некоторых случаях они могут служить индикатором болезни.

Чтобы найти нужные вещества среди многих других, ученые используют жидкостные хроматографы. В них разные молекулы начинают двигаться с разной скоростью, тем самым отделяясь друг от друга. Однако в организме человека есть тысячи соединений (жиры, соли, пептиды), что сильно усложняет измерения и делает их неэффективными. Однако известные на сегодня подходы либо слишком дороги для широкого применения, либо недостаточно точны при работе с реальными тканями мозга.

Ученые Пермского Политеха разработали новый метод, который лишен этих недостатков. Он не требует применения дорогих реактивов и при этом позволяет определить количество D-аминокислот даже при минимальных концентрациях. Это поможет лучше понять механизмы, лежащие в основе нейродегенеративных заболеваний, и приблизит создание новых способов их лечения.

Новый метод основан на сочетании двух подходов. Поскольку хроматография хорошо работает с искусственными смесями, но теряет эффективность при анализе сложных биологических образцов, исследователи в дополнение к ней предложили использовать масс-спектрометр. Это прибор, который идентифицирует молекулы по их массе и отсеивает посторонние соединения. Такое сочетание позволяет выделить целевые вещества даже в пробе, содержащей сотни или тысячи разных компонентов.

Чтобы убедиться, что предложенный подход работает эффективно, ученые взяли посмертные образцы тканей мозга человека из трех участков, которые, согласно известным данным, поражаются при нейродегенеративных заболеваниях в первую очередь: левой и правой лобных долей, а также левой височной доли. Материалы измельчили до однородной массы, из которой выделили жидкую часть, где находились серин и аспарагиновая кислота. Смесь также обработали дансилхлоридом — веществом, которое «подсвечивает» аминокислоты, делая их более видимыми для приборов.

«Подготовленный материал пропускали через хроматограф, где молекулы движутся с разной скоростью. Однако с его помощью полного разделения сложного биологического образца добиться не удалось, поэтому жидкую смесь дополнительно направили в масс-спектрометр. Прибор заранее настроили на поиск молекул с определенной массой, которая уже известна для D-форм. В результате все посторонние вещества игнорировались, а мы смогли зафиксировать наличие целевых соединений и рассчитать их количество», — пояснил Леонид Аснин, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат химических наук.

Результаты показали, что во всех исследованных зонах мозга количество D-серина было в разы ниже, чем L-серина. Это нормальная физиологическая картина, но самое важное, что метод позволил зафиксировать даже малые концентрации. При этом показатели участков отличались: в левой височной доле содержание D-формы составило 5,6 мкг/г, тогда как в лобных долях его было от 6,9 до 9,3 мкг/г. Это значит, что для диагностики заболеваний нам важно знать не только общее количество молекул, но и где именно они находятся. В дальнейшем метод поможет изучать, как развиваются патологические процессы в тех или иных зонах мозга.