20-кратне розтягнення мозку дозволило розглянути будову синапсів

 

Конспекти 10 клас за новою програмою 2018 року
 

Конспекти 10 клас за новою програмою 2018 року. Всі предмети! Детальніше...

 

Американські вчені вдосконалили методику мікроскопії, засновану на фізичному збільшенні розмірів зразків мозку. У нинішньому вигляді вона дозволяє візуалізувати структури, що формують синапс, за допомогою звичайного світлового мікроскопа. Опис методу наводиться в журналі Nature Methods.


Візуалізація за допомогою світлової мікроскопії обмежена дифракційною межею до максимального дозволу приблизно в 300 нанометрів. Щоб подолати це обмеження, співробітники Массачусетського технологічного інституту і Гарвардського університету недавно розробили методику мікроскопії розтягування (expansion microscopy, ExM). Вона полягає в тому, що зразок тканини мозку обробляють набором антитіл і флуоресцентних білків, які позначають структури, що цікавлять вчених, після чого цей зразок просочують гелем з поліакриламіду, який і фіксує положення мічених біомолекул, і механічно гомогенізують.

При зануренні у воду гель рівномірно збільшується приблизно в 4,5 рази від початкового об’єму, зафіксовані в ньому структури також збільшуються пропорційно. Це підвищує дозвіл світлової мікроскопії приблизно до 60-70 (~ 300/4,5) нанометрів. Проте, для візуалізації формуючих синапси структур (наприклад, шипиків дендритів — місць контакту з аксонами інших нейронів) цього недостатньо.

Щоб додатково підвищити роздільну здатність методу, той же науковий колектив запропонував проводити підготовку зразка в дві стадії. Перша стадія виконується так само, як оригінальна ExM з використанням полімеризуючого гель складу, який згодом можна видалити. Друга стадія проводиться аналогічно першій, тільки в ній в якості вихідного зразка використовується вже розтягнутий гель з міченими молекулами, який перед повторним розтягуванням вимивають.


20-кратне розтягнення мозку дозволило розглянути будову синапсів

Принцип дії методики
Jae-Byum Chang et al./Nature Methods 2017

Отриманий зразок добре підходить для об’ємного сканування світловим мікроскопом в силу своєї прозорості — він приблизно на 99,99 проценти складається з води і полімеру.

Така методика, що отримала назву мікроскопії ітеративного розтягування (iterative expansion microscopy, iExM), дозволяє збільшити зразок ще приблизно в 4,5 рази, що відповідає приблизно 20-кратному розтягуванню від початкового об’єму. Завдяки цьому роздільна здатність світлової мікроскопії дозволяє розглядати структури з початковим розміром близько 25 нанометрів.

В експерименті метод iExM дозволив візуалізувати і провести тривимірну реконструкцію будови синапсів і розгалуження дендритів нейронів різних структур мишачого мозку (зокрема, гіпокампу і блідої кулі) і простежити за окремими нейронними ланцюгами в них, для чого у звичайній світловій мікроскопії і ExM недостатньо роздільної здатності.

Методики вивчення нервової тканини постійно удосконалюються. Так, наприклад, нейробіологи навчилися штучно створювати нейронні ансамблі, друкувати аналоги мозкової тканини на 3D-принтері, відновлювати втрачені нейрональні зв’язки світлом і зберігати їх при заморожуванні зразків, а також спостерігати за епігенетичною регуляцією роботи мозку в реальному часі.

Захисти свій комп’ютер та смартфон

ESET NOD32

Тривимірне моделювання конектома у фрагменті щурячого гіпокампу дозволило переглянути класифікацію синапсів і дати нову оцінку інформаційної ємності мозку — на думку вчених, вона перевищує петабайт, що приблизно відповідає обсягу всієї інформації в інтернеті.

Також сучасні методики візуалізації і роботи з даними дозволили дослідникам побудувати повну модель конектома дрозофіли і створити атлас людського мозку з мікронною роздільною здатністю.

Джерело: https://nplus1.ru





Залишити відповідь