Hitri mikroskop lahko ponudi vpogled v avtizem, shizofrenija
Zdaj so nevroznanstveniki z Univerze v Kaliforniji v Los Angelesu (UCLA) združili moči s fiziki, da bi razvili neinvaziven, izjemno hiter mikroskop, ki takoj zajame sprožitev tisočih nevronov v možganih, ko komunicirajo - ali v teh primerih - medsebojno napačno komunicirajo.
"Po našem mnenju je to najhitrejši dvofotonski vzbujevalni mikroskop za tridimenzionalno slikanje in vivo," je povedal profesor fizike UCLA dr. Katsushi Arisaka, ki je razvil optični slikovni sistem z dr. Carlosom Portera-Cailliaujem, docentom UCLA nevrologije in nevrobiologije ter sodelavci.
Ker nevropsihiatrične bolezni, kot so avtizem, shizofrenija in duševna zaostalost, običajno ne kažejo nobenih fizičnih poškodb možganov, naj bi jih povzročile težave s prevodnostjo - nevroni se ne sprožijo pravilno. Običajne celice imajo vzorce električne aktivnosti, je dejala Portera-Cailliau, vendar nepravilna celična aktivnost kot celota ne ustvarja koristnih informacij, ki jih možgani lahko uporabljajo.
"Eden največjih izzivov za nevroznanost v 21. stoletju je razumeti, kako milijarde nevronov, ki tvorijo možgane, komunicirajo med seboj in ustvarjajo zapleteno vedenje," je dejal.
"Končna korist te vrste raziskav bo dešifriranje, kako disfunkcionalni vzorci delovanja med nevroni vodijo do uničujočih simptomov pri različnih nevropsihiatričnih motnjah."
Pred kratkim je Portera-Cailliau uporabljala slikanje s kalcijem, metodo, pri kateri nevroni prevzamejo fluorescentna barvila. Ko celice ogenj "utripajo kot lučke v božičnem drevesu," je dejal. "Naša vloga je zdaj razvozlati kodo, ki jo uporabljajo nevroni, in je pokopana v teh utripajočih svetlobnih vzorcih."
Vendar pravi Portera-Cailliau, da ima ta tehnika svoje omejitve.
»Signal fluorescenčnega barvila na osnovi kalcija, ki smo ga uporabili, je zbledel, ko smo slikali globlje v skorjo. Nismo mogli posneti vseh celic, «je dejal.
Portera-Cailliau in njegova ekipa so tudi verjeli, da jim manjkajo pomembne informacije, ker niso mogli dovolj hitro zajeti dovolj velikega dela možganov, da bi lahko izmerili skupinsko streljanje posameznih nevronov. To je bil ključni dejavnik, zaradi katerega sta Arisaka in Adrian Cheng, eden od njegovih podiplomskih študentov, iskala hitrejšo metodo snemanja nevronov.
Mikroskop, ki so ga razvili, je multifokalna dvofotonska mikroskopija s prostorsko-časovnim vzbujevalno-emisijskim multipleksiranjem (STEM). Gre za spremenjeno različico dvofotonskih lasersko skenirajočih mikroskopov, ki beležijo fluorescentne kalcijeve barve v nevronih, vendar z glavnim laserskim žarkom, razdeljenim na štiri manjše žarke.
Ta tehnika jim omogoča snemanje štirikrat več možganskih celic kot prvotna različica, štirikrat hitreje. Za snemanje nevronov na različnih globinah v možganih je bil uporabljen tudi drugačen žarek, kar je dalo sliki povsem nov 3D-učinek.
»Večina video kamer je zasnovana tako, da posname sliko s hitrostjo 30 slik na sekundo. Kar smo storili, smo pospešili za 10-krat na približno 250 slik na sekundo, «je dejal Arisaka. "In delamo na tem, da bo to še hitrejše."
Rezultat je po njegovih besedah "tridimenzionalni videoposnetek delovanja nevronskih vezij pri živih živalih z visoko ločljivostjo."
Portera-Cailliau že izkorišča prednosti te slikovne tehnike v svojih študijah sindroma Fragile X, oblike avtizma. Z uporabo te nove tehnologije lahko primerja skorjo običajne miške z mutirano miško Fragile X in je priča napačnemu vžigu nevronov v možganih Fragile X.
Študijo najdete v izdaji revije 9. januarja Naravne metode.
Vir: Kalifornijska univerza
