211service.com
Mózg technikoloru
Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali nową metodę rozświetlania mózgu tęczą kolorów. Technologia umożliwi naukowcom generowanie map jednej z ostatnich granic mózgu: złożonej plątaniny obwodów neuronowych, które zbierają, przetwarzają i archiwizują informacje. Takie mapy mogą ostatecznie rzucić światło na wczesny rozwój ludzkiego mózgu oraz na choroby, takie jak autyzm i schizofrenia, które są powiązane z problemami z łącznością.
Tęczowe mózgi: Genetycznie zmodyfikowane myszy z łukiem mózgowym wytwarzają losowe kombinacje białek fluorescencyjnych w kolorze cyjan, żółtym i czerwonym w komórkach nerwowych. W rezultacie neurony i ich wypustki – długie ogony, które łączą się z innymi komórkami – są oznaczone wieloma różnymi odcieniami. Na tym obrazie z części hipokampu, struktury mózgu zaangażowanej w pamięć, neurony (rozróżnialne po odrębnych okrągłych ciałach komórkowych) i astrocyty (rozróżnialne po kształcie rozproszonej gwiazdy), komórka podporowa w mózgu, są oznaczone wieloma odrębnymi zabarwienie.
To będzie niesamowicie potężne narzędzie, mówi Elly Nedivi , neurolog z MIT, który nie jest zaangażowany w badania. Otworzy ogromne możliwości w zakresie patrzenia na łączność neuronową.
Przez lata naukowcy wykorzystywali fluorescencyjne białka pochodzące z meduz do oznaczania określonych komórek u zwierząt poddanych inżynierii genetycznej. Jednak ograniczona liczba dostępnych kolorów nie wystarczyła do stworzenia szczegółowego obrazu milionów neuronów w mózgu. Jean Livet, Jeff Lichtman , i ich współpracownicy z Harvardu genetycznie zmodyfikowali myszy, aby nosiły liczne kopie genów kodujących białka fluorescencyjne o trzech różnych kolorach – żółtym, czerwonym i cyjan – a także enzym, który może losowo blokować dowolny podzbiór tych genów przed wytwarzaniem ich fluorescencyjnych etykietka.
Kiedy myszy są karmione związkiem, który aktywuje enzym, każda komórka przechodzi losowy proces molekularny, w którym podzbiory genów kodujących kolor zostają wyeliminowane. Pozostałe geny wytwarzają trzy kolorowe związki fluorescencyjne w różnych ilościach, które łączą się, tworząc unikalny nowy odcień. Otrzymujemy szeroką gamę kolorów – około 100 – mówi Lichtman. Naukowcy nazywają te zwierzęta myszami z łukiem mózgowym ze względu na barwne obrazy ich mózgów. Nowy artykuł opisujący ten proces został dziś opublikowany w czasopiśmie Natura .
Multimedia
Zobacz obrazy stworzone przez genetycznie zmodyfikowane myszy „mózgowe”.
Umiejętność malowania poszczególnych komórek mózgowych tak szeroką paletą pozwoli neurologom na eksplorację obwodów neuronowych jak nigdy dotąd. Większość wcześniejszych prac skupiała się na anatomii większej skali lub na funkcji poszczególnych komórek, pomijając szczegółowe okablowanie pomiędzy tymi dwiema skalami. Istnieje cała klasa zaburzeń układu nerwowego, które ludzie podejrzewają, że są spowodowane wadami połączeń między komórkami nerwowymi, ale nie mamy prawdziwych narzędzi do śledzenia połączeń, mówi Lichtman. Bardzo przydatne byłoby przyjrzenie się okablowaniu w zwierzęcych modelach zaburzeń ze spektrum autyzmu lub chorób psychicznych.
Kiedy sąsiadujące komórki są oznaczone tym samym kolorem, jak w poprzednich metodach, trudno jest rozpoznać ścieżkę każdej komórki w mózgu. Ale w tym przypadku sąsiednie komórki mają zwykle różne kolory, co pozwala naukowcom śledzić ich splątane projekcje, gdy rozgałęziają się i synapsują w całym mózgu. W eksperymencie potwierdzającym zasadę, naukowcy prześledzili wszystkie połączenia w małym kawałku tkanki móżdżku, części mózgu kontrolującej równowagę i ruch. Pozwoli to naukowcom dowiedzieć się nie tylko, co robią neurony, ale także, co robią w kontekście nienaruszonego obwodu, mówi Nedivi. Jestem pewien, że w dniu, w którym wyjdzie gazeta, wszyscy i ich matka będą do nich dzwonić i prosić o te myszy.
Lichtman i jego współpracownicy planują wykorzystać tę technikę do badania rozwoju mózgu. Podczas projektowania okablowanie zmienia się w dramatyczny sposób, mówi Lichtman. Młode ssaki mają zbyt wiele połączeń i muszą odcinać nadmiar, ale nie jest jasne, jak to się dzieje. Wybór, które połączenia są utrzymywane i tracone, prawdopodobnie ma wiele wspólnego z tym, jak ludzie są kształtowani przez ich doświadczenie, mówi. Zrozumienie zasad tego przycinania wymaga zobaczenia, [które połączenia] mogą pozostać, a które mogą odejść.