O nouă tehnică face ca un creier al mouse-ului (opac, la stânga) să fie complet transparent (la dreapta) pentru o imagine mai ușoară. Imagine de Kwanghun Chung și Karl Deisseroth, Institutul Medical Howard Hughes / Universitatea Stanford
Creierul uman este unul dintre cele mai complexe obiecte din universul cunoscut. Ambalat în doar 3 kilograme de carne (în medie) este un ansamblu de aproximativ 86 de miliarde de neuroni interconectați, formând nenumărate rețele complexe care alcătuiesc esența personalității tale.
Un creier păstrat pe o masă de examinare, însă, nu transmite nimic din această complexitate: pare, mai mult sau mai puțin, ca o grămadă de carne cenușie, pentru că nu putem vedea prin membranele celulelor exterioare să vedem neuronii individuali din interior.
Această problemă este motivația din spatele unei noi tehnici, dezvoltată o echipă Stanford condusă de Kwanghun Chung și Karl Deisseroth, pentru a face creierele conservate complet transparente la lumină. Procedând astfel și apoi folosind markeri chimici specializați care se atașează de anumite tipuri de celule, au creat o modalitate de a vedea creierele întregi în toată splendoarea lor complexă, interconectată. O astfel de complexitate se vede cu ușurință în creierul șoarecului imaginat mai jos, în care anumite tipuri de neuroni au fost etichetați cu un colorant verde în formă de floare:
Un creier transparent de mouse injectat cu un colorant verde care se atașează de celulele neuronale. Imagine de Kwanghun Chung și Karl Deisseroth, Institutul Medical Howard Hughes / Universitatea Stanford
Oamenii de știință spun că tehnica lor, care a fost anunțată într-o lucrare publicată astăzi în Nature, funcționează atât pentru creierele umane păstrate, cât și pentru șoarecii și poate fi aplicată și la multe alte tipuri de organe. Metoda profită de faptul că culoarea organelor - și de aceea motivul pentru care nu sunt clare - se datorează în totalitate moleculelor de grăsime care alcătuiesc membrana fiecărei celule.
Într-un creier viu, aceste molecule păstrează integritatea structurală a organului. Dar într-un creier păstrat, acestea obscurează structura internă din vedere. Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au umplut creierele experimentale de șoarece cu hidrogeluri - care se leagă de elementele funcționale ale celulelor (proteine și ADN), dar nu de moleculele de grăsime - și formează o plasă asemănătoare cu jeleu care păstrează structura originală. Apoi, au eliminat moleculele de grăsime cu un detergent, făcând organul complet transparent.
Producerea unui creier de mouse complet intact și transparent (așa cum se arată în imaginea de sus) creează tot felul de oportunități imagistice interesante. Odată cu eliminarea moleculelor de grăsime, elementele de interes experimental sau clinic (de exemplu, rețele de neuroni sau gene) nu mai sunt întunecate de membranele celulare. (În același mod, peștii zebra, cu embrionii lor transparenti, sunt foarte folosiți în multe domenii ale cercetării biologice.)
Pentru a vedea clar aspectele, cercetătorii au adăugat markeri chimici colorați care se atașează în mod specific la anumite tipuri de molecule. Odată ce acest lucru este realizat, oamenii de știință le pot examina cu un microscop luminos convențional sau pot combina mai multe imagini de la microscopele digitale pentru a crea o redare 3-D.
Ca dovadă de concept, pe lângă creierul mouse-ului, echipa de cercetare a efectuat procedura pe bucăți mici din creierul unei persoane autiste decedate, care a fost depozitat timp de 6 ani. Cu markeri chimici specializați, au fost capabili să urmărească neuronii individuali de-a lungul unor mari canale de țesut. Au descoperit, de asemenea, structuri de neuroni atipici ca scara, care au fost, de asemenea, observate în creierul animalelor cu simptome asemănătoare autismului.
Acest tip de analiză detaliată a fost anterior posibil doar prin examinarea laborioasă a unor felii minuscule de creier cu un microscop pentru a deduce o imagine tridimensională completă. Însă acum, interconexiunile dintre diferite părți ale creierului pot fi văzute la un nivel mai larg.
Faptul că tehnica lucrează pe tot felul de țesuturi ar putea deschide multe noi căi de cercetare: analiza căilor moleculelor de semnalizare a unui organ, diagnosticul clinic al bolii într-un eșantion de biopsie și, desigur, o examinare mai detaliată a relațiilor neuronale. și rețele care alcătuiesc creierul uman. Pentru mai multe, urmăriți videoclipul de mai jos, amabilitatea Nature Video :
