Να πάρει καλύτερη θέα του εγκεφάλου με τη μετατροπή τους Invisible
Μετασχηματισμό σαφήνεια του εγκεφάλου ποντικού στα αριστερά σε μια διαφανή, αλλά ακόμα άθικτο εγκέφαλο στα δεξιά. Εμφανίζονται επάνω σε ένα απόσπασμα από την μεγάλη Ισπανίδα neuroanatomist Ramon y Cajal.Credit: Kwanghun Chung και Karl Deisseroth, Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes / Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Στην HG Wells "Ο Αόρατος Άνθρωπος, ο πρωταγωνιστής Griffin εκτελεί μια μυστηριώδη διαδικασία από τον εαυτό του για να γίνει αόρατο. Το Fantastic Four της Marvel comics, είναι μια δόση «κοσμικές ακτίνες» που δίνει το Invisible Woman τις δυνάμεις της.Και στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, είναι μια τεχνική που ονομάζεται σαφήνεια που καθιστά έναν εγκέφαλο ποντικού διαφανή.
Το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου, είμαστε ίσως πολύ ευτυχείς που μπορούμε να δούμε τα ποντίκια. Αλλά όταν θέλετε να μελετήσουν τους εγκεφάλους τους, αδιαφανή χαρακτήρα τους, γίνεται ένα τεράστιο πόνο στο πίσω μέρος. Ας πούμε ότι θέλετε να μάθετε πού κάποια χημική ουσία είναι στον εγκέφαλο, όπως και της πρωτεΐνης β-αμυλοειδούς που κρύβεται πίσω από νόσο Αλτσχάιμερ. Είναι αρκετά εύκολο να κάνει τα μόρια που θα κολλήσει με την πρωτεΐνη και λάμψη-που λέγεται ανοσοεντόπιση. Αλλά δεδομένου ότι ο εγκέφαλος είναι αδιαφανής, θα πρέπει να το κόψει σε λεπτές φέτες για να δείτε όπου οι λαμπερό δείκτες έχουν κολλήσει, και κόπο συγκεντρώσει τις φέτες σε έναν υπολογιστή.
Αυτό το πρόβλημα θα πάει μακριά αν μπορούσε να εφεύρει έναν τρόπο να κάνει ένας εγκέφαλος διαφάνεια, και αυτό είναι ακριβώς ό, τι Kwanghun Chung έχει κάνει. Δουλεύοντας με μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον uber-εργαλείο-maker Karl Deisseroth, Chung, δημιούργησε μια νέα μέθοδο που ονομάζεται * σαφήνεια. Καθιστά εγκεφάλους διαφανείς, αλλά εξίσου σημαντικό, παγώνει και πιο σημαντικά συστατικά του εγκεφάλου στη θέση του.Κάθε νευρώνας, πρωτεΐνες, κλώνου του DNA και χημική σηματοδότηση είναι κλειδωμένο στη θέση του, και τα μόρια σήμανσης, όπως αντισώματα ή λαμπερό δείκτες μπορούν εύκολα να σταλούν για την ανίχνευση αυτών των συστατικών.
Πρώτον, Chung βαλσαμώνει αποτελεσματικά ένα κρύο απομονωμένο εγκέφαλο με ένα υγρό συνδυασμού φορμαλδεΰδης και ακρυλαμιδίου. Η φορμαλδεΰδη που συνδέει τα περισσότερα από τα μόρια του εγκεφάλου, όπως πρωτεΐνες και το DNA, στην ακρυλαμίδιο, το οποίο σκληραίνει σε μια σταθερή, διαφανής γέλη όταν θερμαίνεται στη θερμοκρασία του σώματος. Στη συνέχεια, Chung τρέχει ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του εγκεφάλου, το οποίο μεταφέρει μακριά τίποτα που δεν είναι συνδεδεμένη με το πήγμα.Είναι σαν να παίρνεις ένα μολύβι από μια σκηνή και να τρίβει όλες τις άκρες.
Αυτό που απομένει είναι ένα φάντασμα του εγκεφάλου. Αποτελείται από τα περιεχόμενα του κάθε κυττάρου, αλλά όχι περιγράμματα τους. Είναι διαφανές, επειδή τα λιπίδια, όπου τα πράγματα που σκόρπιζαν και αντανακλούν το φως. Μπορεί εύκολα να εγχυθεί με μόρια δείκτη, δεδομένου ότι, και πάλι, τα λιπίδια που ενεργεί ως εμπόδιο. "Μπορείτε να την εικόνα ολόκληρων ιστών και την ανακατασκευή τους σε 3D», λέει ο Chung. "Δεν πρέπει να φέτα».
Εδώ, για παράδειγμα, είναι ο εγκέφαλος ενός ποντικού, το οποίο είχε κατασκευαστεί έτσι ώστε ένα συγκεκριμένο είδος νευρώνων εκλύει ένα κιτρινωπό-πράσινο λάμψη. Θα ψάχνετε σε μια ενιαία εικόνα ενός ακέραιου εγκεφάλου, όχι ένα σύνθετο γίνεται από μεμονωμένες φέτες.
CLARITY επιτρέπει την απεικόνιση ενός ακέραιου εγκεφάλου ποντικού. Credit: Kwanghun Chung και Karl Deisseroth, Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes / Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Εδώ είναι ένα άλλο διευκρίνισε εγκέφαλο ποντικού. Βλέπετε το ιππόκαμπο μια περιοχή που εμπλέκονται στη μάθηση, τη μνήμη και την πλοήγηση στο χώρο. Κάθε χρώμα αντιπροσωπεύει ένα δείκτη κολλημένο σε ένα διαφορετικό μόριο του εγκεφάλου. "Σαφήνεια επιτρέπει ανοσοσήμανση και απεικόνισης χύμα αντί σε λεπτές τομές», λέει ο Sebastian Seung από το MIT. Ή εναλλακτικά: «Το κέρδος στον εγκέφαλο είναι κυρίως στο λεκέ».
Credit: Kwanghun Chung και Karl Deisseroth, Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes / Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Σε σύγκριση με τις συνήθεις λεκέ-και-φέτα μεθόδους, CLARITY εξοικονομεί χρόνο και προσπάθεια. Παράγει ηλεκτρική αποτελέσματα από την κοπή ενός εγκεφάλου σε πολλά κομμάτια αναπόφευκτα καταστρέφει τα ίδια επιστήμονες ιστών προσπαθούν να σπουδάσουν. Και ανοίγει νέες δυνατότητες. Προηγουμένως, αν εγχύεται έναν εγκέφαλο με ένα δείκτη, θα έπρεπε να το καταστρέψει για να πάρει οποιαδήποτε αποτελέσματα. Τώρα, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν τους »διευκρίνισε« εγκέφαλος και στη συνέχεια να κρατήσει σχετικά με την προσθήκη περισσότερων δεικτών τους . Αν έχετε κάτι ενδιαφέρον, μπορείτε να κρατήσετε σε λειτουργία πειράματα στο ίδιο άθικτο εγκέφαλο.
"Αυτό είναι το είδος της καινοτομίας που θα σφεντόνα νευροεπιστήμης πολύ πέρα από το σήμερα», λέει ο Χένρι Μάρκραμ,επικεφαλής του φιλόδοξου Προγράμματος Ανθρώπινου Εγκεφάλου. "Αυτή η νέα μέθοδος της ολικής απεικόνισης του εγκεφάλου σε όλα τα επίπεδα του εγκεφάλου παρέχει έναν τρόπο να αποκτήσει πολλά από τα βασικά στοιχεία που θα χρειαστεί."
CLARITY εξακολουθεί να έχει κάποια μειονεκτήματα, φυσικά. Το κυριότερο, σύμφωνα με Chung, είναι ότι είναι μια δύσκολη τεχνική για να πάρει δεξιά. Το βήμα όπου τα λιπίδια απομακρύνονται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα ήταν ιδιαίτερα δύσκολη, και Chung έπρεπε να οικοδομήσουμε μια προσαρμοσμένη εξέδρα για να κάνει τη δουλειά."Έχω καεί και λιώσει εκατοντάδες εγκεφάλους που προσπαθούν να το κάνουν να λειτουργήσει», λέει. Άλλα εργαστήρια θα πρέπει να κάνουν το ίδιο, αλλά Chung έχει βάλει όλες τις λεπτομέρειες του set-up σύνδεση του, έτσι ώστε ο καθένας μπορεί να διπλούν.
Λαμβάνει επίσης πολύ χρόνο για να πάρει μόρια δείκτη στον εγκέφαλο. Επί του παρόντος, ο μόνος τρόπος για να το κάνετε είναι να τους αφήσουμε να διαχέονται σε δική τους συμφωνία, που ουσιαστικά αφήνει ο εγκέφαλος εμβάπτιση σε μια ομάδα δεικτών και περιμένετε. Μπορεί να πάρει μια-δυο μήνες για να λεκέ πλήρως ένα μικροσκοπικό εγκέφαλο ποντικιού. Για να κάνετε το ίδιο και για ένα μεγαλύτερο ανθρώπινο ή μαϊμού κάποιος θα είναι πρακτικό, και Chung εργάζεται τώρα για την επιτάχυνση της διαδικασίας.
Και οι εγκέφαλοι είναι μόνο η αρχή. CLARITY λειτουργεί για οποιοδήποτε ιστό ή όργανο. Θα μπορούσε να μετατρέπει το συκώτι, την καρδιά και τους πνεύμονες διαφάνεια τόσο εύκολα όσο κάνει νευρώνες. Chung, ο οποίος είναι τώρα να δημιουργήσουν τη δική εργαστήριό του, είναι ξύσιμο μόνο την επιφάνεια των δυνατοτήτων της.
Υ.Γ. Τι σημαίνει CLARITY υποψηφιότητα για; Αρχικά, με τον τρόπο που οι επιστήμονες ήθελαν να παίξουν γρήγορα και χαλαρά με τους κανόνες των ακρωνυμίων, διαμορφώθηκε για: "Καθαρισμός των λιπιδίων-ανταλλάσσονται ακρυλαμίδιο-υβριδοποιημένων Άκαμπτος Imaging / ανοσοχρώση / In situ υβριδισμού συμβατό ιστών-υδρογέλη". Αλλά επειδή Chung εργάζεται τώρα με άλλες ουσίες σχηματισμού πηκτώματος πέρα ακρυλαμίδιο, το "Α" δεν είναι πάντα έγκυρη. Ως εκ τούτου, είναι ακριβώς CLARITY τώρα.
Αναφορά : Chung, Wallace, Kim, Kalyanasundaram, Andalman, Davidson, Mirzabekov, Zalocusky, Mattis, Denisin, Pak, Bernstein, Ramakrishnan, Grosenick, Gradinaru & Deisseroth. 2013. Διαρθρωτικά andmolecular ανάκριση του ανέπαφη βιολογικών συστημάτων. Φύσηhttp://dx.doi.org/10.1038/nature12107
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου