莱斯大学的科学家们创造了一种非侵入性技术，使用释放的活动标志物（RMA）监测大脑基因表达，从而能够通过简单的血液测试来研究大脑功能和疾病。
合成血清标志物可实现非侵入性神经监测。
大脑是人体中最受保护的器官，被包裹在由特殊血管形成的高度复杂且几乎不可穿透的屏障中。 这种保护性解剖结构虽然对于防御外部威胁至关重要，但对试图研究大脑中基因表达的研究人员提出了重大挑战。 了解基因表达对于揭示各种疾病背后的机制至关重要。
基因表达的无创监测
根据今天（1月10日）发表在《自然生物技术》杂志上的一项研究，莱斯大学的科学家们已经开发出一种非侵入性方法来监测大脑中的基因表达动态，从而更容易研究大脑发育、认知功能和神经系统疾病。
赖斯生物工程师Jerzy Szabowski及其同事设计了一类独特的分子，称为释放活性标志物（RMA），可用于通过简单的血液测试来测量大脑中的基因表达。
小鼠海马体和皮层的扫描，其中红色信号来自Szabowski实验室开发的合成标记物的免疫染色，蓝色信号来自c-Fos的免疫染色，c-Fos是一种内源性蛋白质，其产量因神经元活动增加而增加。 图片来源：萨布洛夫斯基实验室/莱斯大学
“通常，如果你想观察大脑中的基因表达，你必须等待进行尸检分析，”莱斯大学乔治·布朗工程学院生物工程助理教授萨布洛斯基说。“有一些更现代的神经成像技术可以做到这一点，但它们缺乏跟踪特定细胞类型变化的灵敏度和特异性。
RMA 平台：游戏规则改变者
“通过RMA平台，我们可以将合成的基因表达报告基因引入大脑，从而产生一种可以穿过血脑屏障的蛋白质。然后，我们可以通过简单的血液测试来测量目标基因的表达变化。
萨布洛夫斯基首先考虑了合成基因表达报告基因的可能性，因为他注意到大脑会迅速清除抗体治疗注射。
“每当进行这些注射时，抗体就会消失⎯它们不会在大脑中停留足够长的时间以进行有效的治疗，”他解释说。“但我们认为抗体疗法的失败可以重新利用我们的优势。如果我们把负责这种逃逸的抗体部分附着在一种容易检测到的蛋白质上呢？然后，我们可以看到特定基因在大脑中表达的位置、时间和数量。
先进的生物工程技术
其他研究人员已经确定，抗体使用新生儿片段可结晶受体（FcRn）穿过血脑屏障，该基因以帮助维持全身存在的抗体水平而闻名。
使用复杂的生物工程技术，Szablowski及其团队将抗体中帮助其通过血脑屏障的部分连接到一种常见的报告蛋白上，以利用这种生物逃生舱口。
当该小组将RMAs连接到特定基因并在小鼠的大脑中表达该基因时，他们能够看到该表达反映在动物的血液中。
RMA的灵敏度和潜在应用
“这种方法非常敏感，可以跟踪特定细胞的变化，”Szabowski说。“在大约1%的大脑中产生这种蛋白质，与基线相比，其血液水平提高了100,000倍。我们可以通过血液测试来特异性地跟踪这种蛋白质的表达。
目前，Szablowski将RMA视为一种重要的研究工具，可以帮助科学家更好地监测大脑中的基因表达。例如，他说，RMA平台可以用来研究新的基因疗法在大脑中停留的时间。
“我们只需进行血液检查即可跟踪这些新疗法，并随着时间的推移继续监测它们，因为RMA平台是非侵入性的，”他说。“但我们也可以使用RMA来研究与疾病相关的基因表达。能够跟踪不同的基因表达变化将使我们能够了解导致疾病的原因以及疾病本身如何改变大脑中的基因表达。这可以为药物开发提供新的线索，甚至为如何预防神经系统疾病提供新的线索。
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