Kiire mikroskoop võib anda ülevaate autismist, skisofreeniast
Nüüd on Los Angelese California ülikooli (UCLA) neuroteadlased ühendanud oma jõud füüsikutega, et välja töötada mitteinvasiivne, ülikiire mikroskoop, mis haaraks koheselt tuhandete neuronite vallandamise ajus, kui nad suhtlevad - või nendel juhtudel -. üksteisega valesti suhelda.
"Meie arvates on see maailma kiireim kahefotooniline ergastusmikroskoop kolmemõõtmelise pildistamise jaoks in vivo," ütles UCLA füüsikaprofessor dr Katsushi Arisaka, kes arendas optilise pildistamissüsteemi koos UCLA dotsendi dr Carlos Portera-Cailliau neuroloogia ja neurobioloogia alal ning kolleegid.
Kuna neuropsühhiaatrilistel haigustel, nagu autism, skisofreenia ja vaimne alaareng, ei esine tavaliselt mingeid füüsilisi ajukahjustusi, arvatakse, et need on põhjustatud juhtivusprobleemidest - neuronid ei sütti korralikult. Normaalsetel rakkudel on elektrilise aktiivsuse mustrid, ütles Portera-Cailliau, kuid ebaregulaarne rakkude aktiivsus tervikuna ei loo kasulikku teavet, mida aju saaks kasutada.
"21. sajandi neuroteaduste üks suurimaid väljakutseid on mõista, kuidas miljardid aju moodustavad neuronid suhtlevad omavahel, et tekitada keerukat käitumist," ütles ta.
"Seda tüüpi uuringute lõplik kasu on selle dešifreerimine, kuidas neuronite düsfunktsionaalsed aktiivsusmustrid põhjustavad hävitavaid sümptomeid mitmesuguste neuropsühhiaatriliste häirete korral."
Hiljuti oli Portera-Cailliau kasutanud kaltsiumkujutist, meetodit, mille korral neuronid võtavad fluorestsentsvärve. Rakkude tulekahju ajal vilguvad nad "nagu tuled jõulupuus", ütles ta. "Meie roll on nüüd dešifreerida neuronite kasutatav kood, mis on maetud nendesse vilkuvatesse valgusmustritesse."
Kuid Portera-Cailliau sõnul on sellel tehnikal oma piirangud.
„Kasutatava kaltsiumipõhise fluorestsentsvärvi signaal tuhmus, kui pildistasime sügavamale ajukooresse. Me ei saanud kõiki rakke kujutada, ”ütles ta.
Samuti uskusid Portera-Cailliau ja tema meeskond, et neil on oluline teave puudu, kuna nad ei suuda piisavalt suurt ajuosa tabada piisavalt kiiresti, et mõõta üksikute neuronite grupitulistamist. See oli võtmetegur, mis ajendas Arisakat ja tema kraadiõppuritest Adrian Chengit otsima kiiremat meetodit neuronite registreerimiseks.
Nende väljatöötatud mikroskoop on multifokaalne kahe footoni mikroskoopia, mis koosneb aja-ajaline ergutus-emissioon-multipleksimisest (STEM). See on modifitseeritud versioon kahefotoonilistest laserskaneerivatest mikroskoobidest, mis registreerivad fluorestseeruvaid kaltsiumvärve neuronites, kuid põhiline laserkiir jaguneb neljaks väiksemaks kiireks.
See tehnika võimaldab neil salvestada neli korda rohkem ajurakke kui algversioonis, neli korda kiiremini. Samuti kasutati aju sees erinevatel sügavustel asuvate neuronite registreerimiseks erinevat kiirt, mis andis pildile täiesti uudse 3D-efekti.
“Enamik videokaameraid on loodud pildi kiirendamiseks 30 pilti sekundis. See, mida me tegime, kiirendas seda 10 korda, umbes 250 pildini sekundis, ”rääkis Arisaka. "Ja me töötame selle nimel, et see veelgi kiirem oleks."
Tulemuseks on tema sõnul „kõrge eraldusvõimega kolmemõõtmeline video eluslooma neuroniringluse aktiivsusest“.
Portera-Cailliau lõikab selle pildistamistehnika eeliseid juba autismi vormi Fragile X sündroomi uurides. Selle uue tehnoloogia abil suudab ta võrrelda tavalise hiire ajukooret Fragile X mutantse hiirega ja olla tunnistajaks Fragile X aju neuronite ebaõnnestumisele.
Uuringu leiate ajakirja 9. jaanuari väljaandest Loodusmeetodid.
Allikas: California ülikool
