Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Nowoczesne techniki mikroskopii elektronowej stosowane w naukach neurologicznych
Nowoczesne techniki mikroskopii elektronowej stosowane w naukach neurologicznych
W listopadzie, w San Diego w Kalifornii odbyła się konferencja Towarzystwa Neuronauk. Jednym z wykładów, który cieszył się ogromnym zainteresowaniem był wykład Jeffa Lichtmana z Uniwersytetu w Harwardzie. Naukowiec zaprezentował nowoczesną metodę wizualizacji interaktywnych połączeń w mysim mózgu.

Jeff Lichtman zaprezentował wyniki analiz, które uzyskał dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik w mikroskopie elektronowym.  W badanym mózgu uwidoczniona została tkanka nerwowa w niespotykanych dotąd  szczegółach. Można było dostrzec 680 włókien nerwowych, 79 dendrytów oraz 774 synaps.

Aby dogłębnie poznać funkcję mózgu, naukowcy zajmujący się tym zagadnieniem, powinni potrafić zmapować podstawowy neuronalny obwód. Procesy zachodzące w aksonach i dendrytach w takim obwodzie są bardzo trudne do obserwacji. Zastosowanie mikroskopii elektronowej oraz ultra cienkiego (co 50 nm) cięcia tkanek jest odpowiednie do analiz na tak szczegółowym poziomie. Lichtman i współpracownicy rozwinęli metodę cięcia tkanki - Automatic Tape-Collecting Lathe Ultramicrotome (ATLUM), która pozwala na wizualizację komórek w skali nanometrowej. ATLUM tnie automatycznie blok tkanki mózgu na tysiące ultra cienkich kawałków i zbiera je na pokrytej węglem  taśmie do późniejszego barwienia, obrazowania i skanowania mikroskopem elektronowym. Żadna dotychczas dostępna technika nie pozwalała na obserwację tkanki w takiej skali. Wydaję się więc, że Lichtman i jego zespół rozpoczęli nową epokę badań, w której badacze będą mogli studiować układ elektryczny mózgu, nawet na poziomie pojedynczej synapsy.

W 2007 roku Lichtman i jego zespół opracowali również metodę barwienia neuronów-Brainbow. Jest to metoda pozwalającą na prześledzenie dłuższych ścieżek sygnałowych na obwodzie w rożnych regionach układu nerwowego. Metoda ta polega na znakowaniu indywidualnych komórek nerwowych innymi kolorami (z zastosowaniem białka wyznakowanego odpowiednim znacznikiem fluorescencyjnym) w celu identyfikacji ścieżek aksonów oraz dendrytów na długich odległościach.

Technika ta wspomaga mapowanie połączeń nerwowych w obwodowym układzie nerwowym, nie mając jednak zastosowania w mapowaniu upakowanych neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym.  Prowadzone są prace nad doskonaleniem tej metody. Nowa wersja Brainbow, która stosuje większą liczbę kolorów znaczników fluorescencyjnych, wyróżnia mocniej błonę komórkową niż inne komponenty komórki  i angażuje większą liczbę białek znakowanych fluorescencyjnie pochodzących z rożnych gatunków zwierząt, co czyni tę metodę bardziej wydajną.

Istnieją również sceptycy stosowania metodologii obrazowania z zastosowaniem tak zaawansowanych narzędzi jakie oferuje mikroskop elektronowy. Naukowcy ci uważają, że otrzymujemy jedynie skąpe dane na temat złożoności mózgu, zamiast otrzymać proste i czytelne dane z malowniczymi obrazkami. Prosto opisany układ elektryczny mózgu na tym poziomie jest daleki od adekwatnego poznania jego organizacji, sądzą sceptycznie nastawieni naukowcy.

Kolejną metodą wizualizacji omawianą na konferencji była metoda opracowana przez Karla Deisserotha z Uniwersytetu w Stanford. Prezentowana metoda obrazowania nazwana SWIFT-volume imaging, zakłada wzbudzenie do świecenia nerwowych obwodów zwierząt transgenicznych. Zastosowanie zwierząt transgenicznych pozwala w tym przypadku ukazać potencjał jaki drzemie w opracowanej technice. Aby obserwować neurony w trakcie skomplikowanych procesów, naukowcy wywiercają dziurę w czaszce szczura i stosują mikroskop elektronowy. Dzięki nowym technikom optycznym oraz obliczeniowym naukowcy mogą wizualizować wzór świecenia neuronów w powiększeniu oraz w trójwymiarze, obserwując ponad 1000 komórek jednocześnie. Co ciekawe, neurony mogą być nagrywane podczas biegu zwierzęcia, czy innych aktywności takich jak zabawa czy uczenie się. Podobnie u Danio pręgowanego, technika ta pozwala na ukazanie aktywności indywidualnych neuronów i monitorowanie ich funkcji w trakcie pływania, nauki, unikania przeszkód czy podążania za celem.

Metoda wizualizacji interakcji na poziomie synapsy wydaję się być już opracowana. Na pewno potrzebne będą dalsze badania i inwestycje, które będą rozwijać i doskonalić takie techniki. Jednak już teraz jesteśmy świadkami milowego kroku, który zapewne przyczyni się do rozwoju wielu dziedzin naukowych i medycznych.

 

Źródła

E. Underwood. New Tools Light Up the Intricacies of the Brain. Neuroscience. Science 22 November 2013: Vol. 342  no. 6161  pp. 917-918

http://cbs.fas.harvard.edu

KOMENTARZE
news

<Sierpień 2020>

pnwtśrczptsbnd
27
28
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
2
3
4
5
6
Newsletter