Новая техника делает мозг мыши (непрозрачным, слева) полностью прозрачным (справа) для облегчения визуализации. Фото: Кванхун Чунг и Карл Дайссерот, Медицинский институт Говарда Хьюза / Стэнфордский университет
Человеческий мозг - один из самых сложных объектов в известной вселенной. Всего в 3 фунта плоти (в среднем) собрано около 86 миллиардов взаимосвязанных нейронов, образующих бесчисленные сложные сети, составляющие сущность вашей личности.
Сохраненный мозг на диагностическом столе, тем не менее, не несет в себе ничего подобного: он более или менее похож на груду серого мяса, потому что мы не можем видеть сквозь мембраны внешних клеток, чтобы видеть отдельные нейроны внутри.
Эта проблема является мотивом новой техники, разработанной командой из Стэнфорда во главе с Кванхуном Чунгом и Карлом Диссеротом, чтобы сделать сохраненный мозг полностью прозрачным для света. Сделав это, а затем используя специальные химические маркеры, которые прикрепляются к определенным типам клеток, они создали способ видеть весь мозг во всем их сложном, взаимосвязанном великолепии. Такую сложность легко увидеть в изображенном ниже мозге мыши, в котором определенные типы нейронов помечены флуоресцентным зеленым красителем:
В прозрачный мозг мыши вводят зеленый краситель, который прикрепляется к нейронным клеткам. Фото: Кванхун Чунг и Карл Дайссерот, Медицинский институт Говарда Хьюза / Стэнфордский университет
Ученые утверждают, что их методика, о которой было объявлено в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, работает как с сохраненным человеческим мозгом, так и с мышами, а также может применяться ко многим другим типам органов. В этом методе используется тот факт, что цвет органов - и, следовательно, причина, по которой они не ясны - полностью зависит от молекул жира, которые составляют мембрану каждой клетки.
В живом мозге эти молекулы сохраняют структурную целостность органа. Но в сохранившемся мозгу они скрывают внутреннюю структуру от взгляда. Чтобы решить эту проблему, исследователи наполнили экспериментальный мозг мыши гидрогелями, которые связываются с функциональными элементами клеток (белки и ДНК), но не с молекулами жира, и образуют желеобразную сетку, которая сохраняет первоначальную структуру. Затем они очистили молекулы жира с помощью моющего средства, сделав орган полностью прозрачным.
Создание полностью неповрежденного, прозрачного мозга мыши (как показано на рисунке вверху) создает всевозможные интересные возможности получения изображений. При удалении молекул жира элементы экспериментального или клинического интереса (например, нейронные сети или гены) больше не скрываются клеточными мембранами. (Подобным образом, рыба-данио с прозрачными зародышами активно используется во многих областях биологических исследований.)
Чтобы ясно видеть аспекты, исследователи добавили цветные химические маркеры, которые специально прикрепляются к определенным видам молекул. Как только это будет сделано, ученые смогут исследовать их с помощью обычного светового микроскопа или объединить несколько изображений с цифровых микроскопов для создания трехмерного рендеринга.
В качестве подтверждения концепции, в дополнение к мозгу мыши, исследовательская группа провела процедуру на маленьких кусочках мозга умершего аутиста, которые находились в хранилище в течение 6 лет. С помощью специализированных химических маркеров они могли отслеживать отдельные нейроны через большие полосы ткани. Они также обнаружили нетипичные лестничные структуры нейронов, которые также были обнаружены в мозге животных с симптомами, похожими на аутизм.
Такой подробный анализ ранее был возможен только благодаря кропотливому исследованию крошечных кусочков мозга под микроскопом, чтобы вывести полную трехмерную картину. Но теперь взаимосвязи между различными частями мозга можно увидеть на более широком уровне.
Тот факт, что метод работает на всех видах тканей, может открыть много новых направлений исследований: анализ путей передачи сигналов органами органа, клиническая диагностика заболевания в образце биопсии и, конечно же, более детальное изучение взаимоотношений нейронов. и сети, которые составляют человеческий мозг. Более подробно смотрите видео ниже, любезно предоставленное Nature Video :
