211service.com
Białko fluorescencyjne rozświetla wewnętrzną pracę mózgu
Interakcje między neuronami obejmują zarówno sygnalizację chemiczną, jak i elektryczną. Przez dziesięciolecia neuronaukowcy poszukiwali nieinwazyjnego sposobu pomiaru komponentu elektrycznego. Osiągnięcie tego może ułatwić badanie, jak działa mózg i jak choroba neurologiczna upośledza jego funkcjonowanie.
Zapalić: Przyłożenie napięcia do pokazanych tutaj neuronów spowodowało wzrost fluorescencji.
Jednym z obiecujących podejść jest śledzenie aktywności elektrycznej neuronów za pomocą fluorescencji, która może być dość łatwo zintegrowana z komórkami poprzez genetykę lub przyłączenie do przeciwciał, ale która może być toksyczna i powolna w działaniu. W zeszłym tygodniu naukowcy przedstawili nowego kandydata — fluorescencyjne białko z drobnoustroju z Morza Martwego — który wydaje się być lepiej przygotowany do wyzwania.
Białko, zwane archaerodopsyną-3 lub Arch, zostało odkryte ponad 10 lat temu, ale naukowcy dopiero teraz zaczynają zdawać sobie sprawę z jego potencjału jako narzędzia badawczego. W badaniu opublikowanym w zeszłym roku naukowcy wykorzystali światło do wywołania odpowiedzi elektrycznej od Arch, która wyciszyła nadaktywne neurony – podejście, które może prowadzić do nowych terapii padaczki i innych zaburzeń napadowych.
W tym badaniu naukowcy przyjęli odwrotną taktykę i wykorzystali energię elektryczną do wywołania zmian we fluorescencji Archa. Podejście to może doprowadzić do dokładniejszych metod rejestrowania sygnałów elektrycznych z mózgu.
Wyniki opublikowane w Metody natury wskazują, że Arch może być nieinwazyjnym czujnikiem napięcia, którego poszukiwali neurolodzy: nie jest toksyczny dla komórek i jest wystarczająco czuły i szybki, aby wychwycić gwałtowne zmiany elektryczne, które towarzyszą aktywności neuronowej.
Wygląda o rząd wielkości lepiej niż jakakolwiek inna metoda obrazowania optycznego, którą widziałem wcześniej, mówi Darcy Peterka , neurolog z Uniwersytetu Columbia, który nie był zaangażowany w badanie.
Standardowa metoda rejestrowania aktywności elektrycznej neuronów w hodowli komórkowej — która polega na przyklejeniu elektrody do komórki — pozostaje najdokładniejsza do pomiaru napięcia w pojedynczym punkcie komórki. Ale przebicie neuronu elektrodą w końcu go zabija, podczas gdy Arch pozwoliłby naukowcom śledzić sygnał elektryczny, gdy rozprzestrzenia się on w komórce. Umożliwiłoby to również naukowcom ciągłe nagrywanie z tej samej komórki, umożliwiając długoterminowe eksperymenty, które nie byłyby możliwe przy użyciu standardowej metody.
To naprawdę zależy od tego, na jakie naukowe pytania próbujesz odpowiedzieć, mówi Adam Cohen , badacz biofizyki z Uniwersytetu Harvarda i główny autor nowego badania.
Badanie przeprowadzono na hodowanych neuronach myszy, ale Cohen i jego koledzy planują wykorzystać Arch do pomiaru aktywności neuronalnej u żywych zwierząt, zaczynając od prostych organizmów, takich jak danio pręgowany i robak C. elegans . Jedną z zalet tych zwierząt jest to, że są przezroczyste, co ułatwia zobaczenie sygnału fluorescencyjnego przez mikroskop.
Arch może również okazać się przydatny do obrazowania sygnałów elektrycznych w mózgu ssaków, zwłaszcza w eksperymentach na myszach, które można by genetycznie zmodyfikować tak, aby wyrażały białko w określonych neuronach lub w określonym czasie rozwoju.
Wyzwaniem związanym z przeniesieniem podejścia do zwierząt jest upewnienie się, że sygnał fluorescencyjny pozostaje silny i spójny. W żywym mózgu światło jest pochłaniane – na przykład przez krew – więc tracisz światło, mówi Ed Boyden , naukowiec z MIT, który prowadził badanie, w którym wykorzystano Arch do wyciszania neuronów.
Fluorescencja emitowana przez Arch również nie jest tak jasna, jak niektóre inne dostępne barwniki, ale jej niska toksyczność sprawia, że jest to mniej niepokojące, ponieważ naukowcy mogliby to zrekompensować, stosując wyższe stężenia. To, że udało im się dobrze działać w neuronach myszy, dobrze wróży, mówi Peterka.