Нейробіологи навчились «опрозорювати» головний мозок

Давня мрія нейробіологів – побачити разом усі міжнейронні зв'язки у мозку і не заплутатись у них – здається, починає збуватися. Як повідомляють на сторінках журналу Nature дослідники зі Стенфордського університету (США), їм вдалося зробити мозок оптично прозорим, але при цьому так, що нейрони у ньому залишаються видимими. Існуючі нейроанатомічні технології дозволяють розглянути клітинну структуру мозку, але лише на дуже тонких зрізах тканини. Щоб зрозуміти, як влаштована яка-небудь функціональна зона мозку повністю, потрібно поєднати величезну кількість таких «стоп-кадрів» і зробити це без помилок. Вирішити таку головоломку надзвичайно важко, практично неможливо.

Нейронна структура гіпокампу миші, побаченого повністю з допомогою технології CLARITY.

Вчені зі Стенфорду вигадали, як побачити мозок зсередини, не вдаючись до «шинкування» його на тисячі шматочків. Головною перешкодою для променів світла є ліпіди, з яких складається, наприклад, мієлінова обмотка нейронних аксонів. Ліпіди можна видалити детергентом − скажімо, лаурилсульфатом натрію (найпопулярніший реагент, який можна знайти абсолютно у будь-якій лабораторії). І такі спроби неодноразово робилися, однак разом із ліпідами детергент вимивав і значну кількість білків. Тобто перед дослідниками стояло завдання захистити від детергенту все, крім ліпідів.

Зробити це вдалося з допомогою акриламіду, ще однієї надпопулярної речовини, здатної полімеризуватись з утворенням гелю. Лабораторія Карла Дайсерота розробила таку технологію: мозок просочувався акриламідом, який зв'язував білки, нуклеїнові кислоти та інші макромолекули, за винятком ліпідів. Потім акриламід полімеризовувався, і у результаті макромолекули виявлялися закріпленими у полімерної сітці. При вимиванні з цієї сітки ліпідів втрачалося всього 8% білків (порівняйте з 41% при використанні інших методів).

Застосувавши цю технологію, названу CLARITY, до цілого мозку миші, вдалося побачити нейронну структуру від зовнішніх шарів кори до таких глибин, як таламус (нейрони при цьому несли флюоресцентні мітки, без яких їх ніхто у прозорому мозку не побачив би). Вдалося простежити і шлях нервового волокна у півміліметровому зрізі людського мозку.

Мозок миші до (ліворуч) і після застосування технології «опрозорювання» (тут і вище ілюстрації авторів роботи).

Отже, сенс методу у тому, щоб створити штучний скелет, який закріпив би потрібні молекули (білки і т. п.) і дозволив би очистити структуру від непотрібних ліпідів, що роблять тканину непроникною для світла. Ефект, без перебільшення, фантастичний. Перспективи ж цього методу очевидні, у прямому сенсі цього слова. Так можна, наприклад, вивчати розподіл білків по нейронах і динаміку їх переміщення при різних функціональних станах нейронів і мозку у цілому. Крім того, це дозволить порівняти нейронні зв'язки у здоровому мозку і, скажімо, при важкій психоневрологічнії патології.

Однак у методу, як можна зрозуміти, є одне серйозне обмеження: ним можна користуватися лише на мертвому мозку, тобто, щоб порівняти мозок здорової людини і мозок хворого на шизофренію або аутизм, потрібно дочекатися смерті того й іншого. Крім того, поки що не зовсім зрозуміло, чи впливає цей метод на структуру нервової тканини: чи не вийде так, що ми будемо спостерігати не природні зміни у мозку, а лише методичні артефакти? Найближчим часом дослідники збираються остаточно з’ясувати  це питання.

За матеріалами: :http://infonova.org.ua/biomed/