A nagysebességű mikroszkóp betekintést nyújthat az autizmusba, a skizofréniába
Most a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem (UCLA) idegtudósai összefogtak a fizikusokkal egy nem invazív, rendkívül nagy sebességű mikroszkóp kifejlesztése érdekében, amely azonnal rögzíti az agy neuronjainak ezreinek tüzét kommunikációjuk során - vagy ezekben az esetekben - rosszul kommunikálnak egymással.
"Véleményünk szerint ez a világ leggyorsabb kétfoton gerjesztésű mikroszkópja a háromdimenziós képalkotáshoz in vivo" - mondta Dr. Katsushi Arisaka, az UCLA fizika professzora, aki Dr. Carlos Portera-Cailliau, az UCLA adjunktusával fejlesztette ki az optikai képalkotó rendszert. a neurológia és a neurobiológia területén, és munkatársai.
Mivel a neuropszichiátriai betegségek, például az autizmus, a skizofrénia és a szellemi retardáció általában nem mutatnak fizikai agykárosodást, vélhetően vezetőképességi problémák okozzák őket - a neuronok nem megfelelően lőnek. A normál sejtek elektromos aktivitási mintákkal rendelkeznek, mondta Portera-Cailliau, de a szabálytalan sejtaktivitás összességében nem hoz létre hasznos információkat, amelyeket az agy felhasználhat.
"Az idegtudomány egyik legnagyobb kihívása a 21. században az, hogy megértsük, hogyan kommunikál egymással az agyat alkotó neuronok milliárdjai összetett viselkedés kialakítása érdekében" - mondta.
"Az ilyen típusú kutatások végső haszna annak megfejtéséből származik, hogy az idegsejtek diszfunkcionális működési mintái hogyan vezetnek pusztító tünetekhez a különféle neuropszichiátriai rendellenességekben."
Nemrégiben Portera-Cailliau kalcium képalkotást alkalmazott, egy olyan módszert, amelyben az idegsejtek fluoreszcens festékeket vesznek fel. Amikor a cellák tüzelnek, „villognak, mint a karácsonyfa fényei” - mondta. "A mi feladatunk most az a neuronok által használt kód megfejtése, amely ezekben a villogó fénymintákban van eltemetve."
Portera-Cailliau szerint azonban ennek a technikának megvannak a maga korlátai.
„Az általunk használt kalcium-alapú fluoreszkáló festék jele elhalványult, amikor mélyebben a kéregbe képzeltük. Nem tudtuk az összes cellát leképezni - mondta.
Ezenkívül Portera-Cailliau és csapata úgy vélte, hogy hiányoznak a fontos információk, mert nem képesek elég nagy agyrészletet elkapni elég gyorsan ahhoz, hogy mérni lehessen az egyes idegsejtek csoportos tüzelését. Ez volt a kulcsfontosságú tényező, amely Arisakát és Adrian Chenget, egyik végzős hallgatót arra késztette, hogy az idegsejtek gyorsabb módszerét keressék.
Az általuk kifejlesztett mikroszkóp egy multifokális kétfoton mikroszkópia, tér-idő gerjesztés-emisszió multiplexeléssel (STEM). Ez egy kétfoton lézerszkennelő mikroszkópok módosított változata, amely fluoreszcens kalciumfestékeket rögzít az idegsejtekben, de a fő lézersugár négy kisebb sugárra oszlik.
Ez a technika négyszer több agysejtet képes felvenni, mint az eredeti változat, négyszer gyorsabban. Ezenkívül egy másik sugárral alkalmazták az agy különböző mélységű neuronjainak rögzítését, így a kép egy teljesen új 3D-hatást eredményezett.
„A legtöbb videokamerát úgy tervezték, hogy másodpercenként 30 képet készítsen. Amit tettünk, azt 10-szeresére gyorsítottuk, nagyjából 250 kép / másodpercig ”- mondta Arisaka. "És azon dolgozunk, hogy még gyorsabbá tegyük."
Az eredmény szerinte „egy nagy felbontású háromdimenziós videó az élő állatok idegsejtjeinek aktivitásáról.”
Portera-Cailliau már a Fragile X-szindróma, az autizmus egyik formájának tanulmányozása során kiaknázza ennek a képalkotó technikának az előnyeit. Ennek az új technológiának a használatával képes összehasonlítani a normál egér kérgét a Fragile X mutáns egérrel, és tanúja lehet a Fragile X agy neuronjainak gyulladásának.
A tanulmány a folyóirat január 9-i kiadásában található Természeti módszerek.
Forrás: Kaliforniai Egyetem
