Die Entwicklung von NeuM, einer neuartigen Neuronenmarkierungstechnologie, stellt einen großen Fortschritt im Kampf gegen neurodegenerative Erkrankungen dar. Durch die selektive Markierung und hochauflösende Bildgebung neuronaler Membranen erleichtert NeuM die detaillierte Untersuchung neuronaler Strukturen und ihrer Veränderungen im Laufe der Zeit. Diese Technologie verspricht einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis und zur Entwicklung von Behandlungen für Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit zu leisten und Hoffnung auf Fortschritte in der Forschung und Therapie neurodegenerativer Erkrankungen zu machen. Bildnachweis: SciTechDaily.com
Wissenschaftler haben „NeuM“ entwickelt, eine Neuronenmarkierungstechnologie, die eine detaillierte Beobachtung der neuronalen Struktur ermöglicht. Erfolgreiche Überwachung neuronaler Veränderungen für bis zu 72 Stunden.
Alzheimer Parkinson-Krankheit, Parkinson-Krankheit und Schlaganfall sind das führende Trio neurodegenerativer Erkrankungen. Diese Störungen sind durch Funktionsstörungen und den allmählichen Verfall von Neuronen, den Nervenzellen, gekennzeichnet. Um die zugrunde liegenden Mechanismen dieser neurologischen Erkrankungen zu verstehen und Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln, ist es unerlässlich, über Markierungstechnologien zu verfügen, die die Visualisierung neuronaler Veränderungen sowohl bei gesunden als auch bei kranken Zuständen ermöglichen.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Kim Yun Kyung vom Brain Science Institute am Korea Institute of Science and Technology (KIST) hat in Zusammenarbeit mit dem Team von Professor Chang Young-Tae von der Pohang University of Science and Technology die Entwicklung einer Neuronenmarkierungstechnologie der nächsten Generation namens NeuM angekündigt. NeuM (Neuronal Membrane-selective) markiert selektiv neuronale Membranen, visualisiert neuronale Strukturen und ermöglicht die Echtzeitüberwachung neuronaler Veränderungen.
Forscher des Teams von Dr. Kim Yoon-kyung am KIST nutzen die Neuronenmarkierungstechnologie 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 so Gedanken, Erinnerungen und Verhaltensweisen zu regulieren. Um degenerative neurologische Erkrankungen zu überwinden, ist es daher unerlässlich, Techniken zu entwickeln, die lebende Neuronen selektiv für die Echtzeitüberwachung markieren. Aktuelle gen- und antikörperbasierte Markierungstechnologien, die üblicherweise zur Beobachtung von Neuronen eingesetzt werden, weisen jedoch einen Mangel auf Genauigkeit und Schwierigkeiten bei der Langzeitverfolgung aufgrund ihrer Abhängigkeit von spezifischer Genexpression oder Proteinen.
Vorteile und Möglichkeiten von NeuM
NeuM, das vom Forschungsteam durch das molekulare Design neuronaler Zellen entwickelt wurde, verfügt über eine ausgezeichnete Bindungsaffinität zu neuronalen Membranen und ermöglicht so eine langfristige Verfolgung und hochauflösende Bildgebung von Neuronen. Die Fluoreszenzsonden in NeuM binden sich an neuronale Membranen und nutzen dabei die Aktivität lebender Zellen, wobei sie bei Anregung durch bestimmte Lichtwellenlängen Fluoreszenzsignale aussenden. Diese Visualisierung neuronaler Membranen ermöglicht eine detaillierte Beobachtung neuronaler Endstrukturen 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 ist es dem Forscherteam gelungen, die Beobachtungszeit von Neuronen von lediglich 6 Stunden auf bis zu 72 Stunden zu verlängern und so dynamische Veränderungen in lebenden Neuronen als Reaktion auf Umweltveränderungen über einen längeren Zeitraum zu erfassen.
NeuM soll Einblicke in die Forschung und Therapieentwicklung für degenerative neurologische Erkrankungen liefern, für die es derzeit keine Heilung gibt. Diese Erkrankungen, darunter auch Alzheimer, entstehen durch neuronale Schäden durch die Produktion toxischer Proteine wie Amyloid und den Zustrom entzündungsfördernder Substanzen. Die präzise Beobachtung neuronaler Veränderungen durch NeuM kann die Bewertung potenzieller therapeutischer Verbindungen effektiv erleichtern.
Dr. Kim erklärte: „NeuM, dieses Mal entwickelt, kann alternde und degenerierende Neuronen unterscheiden und wird so zu einem entscheidenden Instrument bei der Aufklärung der Mechanismen degenerativer Hirnstörungen und der Entwicklung von Behandlungen.“ Er fügte hinzu: „In Zukunft planen wir, NeuM für eine noch präzisere Analyse von Neuronen zu verfeinern, indem wir Fluoreszenzwellenlängen entwickeln, um Farben wie Grün und Rot zu unterscheiden.“
Referenz: „NeuM: A Neuron-Selective Probe Incorporates into Live Neuronal Membranes via Enhanced Clathrin-Mediated Endocytosis in Primary Neurons“ von Yoonsik Sung, Lizaveta Gotina, Kyu Hyeon Kim, Jung Yeol Lee, Seulgi Shin, Hira Aziz, Dong Min Kang, Xiao Liu, Na-Kyeong Hong, Hong-Guen Lee, Jun-Seok Lee, Hyeyeong Ku, Cherlhyun Jeong, Ae Nim Pae, Sungsu Lim, Young-Tae Chang und Yun Kyung Kim, 07. Dezember 2023, Angewandte Chemie Internationale Ausgabe.
DOI: 10.1002/ange.202312942
Diese Forschung wurde vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (Minister Lee Jong-ho) durch die Großprojekte von KIST und das Dementia Overcoming Project (RS-2023-00261784) unterstützt.