Sprawili, że mózg stał się przezroczysty. Naukowcy: To pierwszy raz
Japońscy badacze opracowali odczynnik, który czasowo i odwracalnie sprawia, że żywa tkanka mózgowa staje się przezroczysta. Dzięki temu można obserwować aktywność neuronów znacznie głębiej niż dotąd, bez zakłócania ich pracy. Odkrycie może otworzyć nowe możliwości w badaniach nad pamięcią, myśleniem i rozwojem leków.
Problem z rozpraszaniem światła
Naukowcy z Kyushu University w Japonii stworzyli nowy odczynnik o nazwie SeeDB-Live, który pozwala na nieinwazyjne, powtarzalne obrazowanie żywego mózgu w czasie rzeczywistym. Jak opisano na łamach "Nature Methods", metoda sprawia, że tkanka staje się bardziej przezroczysta, a jednocześnie nie traci swoich biologicznych właściwości.
To ważny krok dla neuronauki, bo wiele kluczowych procesów zachodzących w mózgu – takich jak pamięć czy myślenie – opiera się na błyskawicznej komunikacji między komórkami położonymi głęboko w jego strukturach. Do tej pory właśnie te obszary były szczególnie trudne do obserwacji.
- To pierwszy raz, kiedy udało się uczynić tkankę przezroczystą bez zmiany jej biologii – powiedział Takeshi Imai, profesor Wydziału Nauk Medycznych Kyushu University i główny autor badania.
Nowa technologia wykorzystuje albuminę, czyli białko naturalnie obecne w surowicy krwi. Dzięki temu badacze mogli uzyskać lepszy wgląd zarówno w skrawki mózgu, jak i w mózgi żywych myszy. Pozwoliło to uwidocznić aktywność neuronów znajdujących się głęboko w tkance, wcześniej niedostępną dla standardowych metod.
Aby osiągnąć taki efekt, zespół musiał rozwiązać problem rozpraszania światła. W mózgu światło napotyka na wiele drobnych przeszkód – między innymi lipidy i różne składniki komórkowe – które mają odmienne współczynniki załamania. To właśnie te różnice sprawiają, że głębsze warstwy tkanki stają się trudne do zobrazowania.
Badacze ustalili, że żywe komórki stają się najbardziej przezroczyste wtedy, gdy współczynnik załamania światła płynu zewnątrzkomórkowego wynosi od 1,36 do 1,37. Problemem okazało się jednak znalezienie substancji, która zapewni taki efekt, a jednocześnie nie zaszkodzi komórkom. Zbyt wysokie stężenia niektórych związków, na przykład cukrów, zaburzały bowiem równowagę osmotyczną i prowadziły do odwodnienia komórek.
Zespół testował niemal 100 różnych substancji. Przełom nastąpił dopiero wtedy, gdy Shigenori Inagaki sięgnął po albuminę surowicy bydlęcej, czyli BSA – popularny odczynnik laboratoryjny. To właśnie ona, ku zaskoczeniu naukowców, pozwoliła uzyskać pożądane parametry optyczne przy niskim ciśnieniu osmotycznym.
- Testowałem to trzy lub cztery razy, zanim w to uwierzyłem – wspominał Inagaki.
Widoczne neurony
Jak wykazały eksperymenty, zanurzone w SeeDB-Live wycinki mózgu myszy stawały się przezroczyste już w ciągu godziny. Co więcej, możliwe było zobaczenie prawidłowych wyładowań neuronów zachodzących głęboko w tkance. W przypadku żywych myszy sygnały fluorescencyjne pochodzące z głębiej położonych neuronów były nawet trzykrotnie jaśniejsze.
Istotną zaletą nowej metody jest jej odwracalność. Odczynnik zostaje usunięty z płynu pozakomórkowego w ciągu kilku godzin, a tkanka wraca do swojego pierwotnego stanu. Oznacza to, że tę samą mysz można badać wielokrotnie i śledzić zmiany aktywności mózgu w czasie, bez trwałego wpływu na organizm.
- SeeDB-Live może utorować drogę do obrazowania głębokich tkanek na żywo, zarówno ex vivo, jak i in vivo – podkreślił Inagaki, pierwszy autor badania.
Korzyści z odkrycia
Badacze liczą, że rozwiązanie znajdzie zastosowanie nie tylko w podstawowych badaniach nad funkcjonowaniem mózgu, ale także w analizie tkanek 3D i organoidów mózgowych wykorzystywanych podczas opracowywania nowych leków.
Sami autorzy zaznaczają jednak, że technika ma jeszcze ograniczenia. Choć dobrze działa w tkance mózgowej, zastosowanie jej w innych narządach utrudniają naturalne bariery biologiczne. Również sam dostęp do mózgu nadal wymaga interwencji chirurgicznej, co może wiązać się ze stresem i ryzykiem uszkodzenia tkanki.
- Uważam, że nie wykorzystaliśmy jeszcze pełni potencjału – ocenił Inagaki. Jak dodał, kolejne etapy prac będą koncentrować się na mniej inwazyjnych sposobach podawania odczynnika, tak aby umożliwić jeszcze głębsze obrazowanie i dokładniejszą analizę pracy mózgu.
Dla Takeshiego Imaia to sukces, który zamyka ponad dekadę badań. Po wcześniejszym opracowaniu metod SeeDB w 2013 roku i SeeDB2 w 2016 roku, przeznaczonych dla próbek tkanek, przez lata słyszał to samo pytanie: czy da się uzyskać podobny efekt w żywej tkance?
- To pytanie zadawano mi około stu razy i za każdym razem odpowiadałem "niemożliwe" – przyznał Imai. - Ale dziesięć lat później jesteśmy tutaj. Kiedy coś wydaje się nieosiągalne, jeśli się nad tym długo zastanawiasz, możesz w końcu znaleźć sposób.
Źródło: PAP
Treści w naszych serwisach służą celom informacyjno-edukacyjnym i nie zastępują konsultacji lekarskiej. Przed podjęciem decyzji zdrowotnych skonsultuj się ze specjalistą.
