Ученые впервые проследили за работой живых нервных клеток в мозге мыши
3 февраля 2012 года
Немецкие биологи смогли проследить за работой живых нервных клеток в мозге мыши, приспособив для этих целей одну из новых методик наблюдения - микроскопию вынужденного ослабления изучения (STED), что позволило им изучить процесс формирования и распада мельчайших элементов нейронов - так называемых дендритовых шипиков.
Методику и свои предварительные выводы группа ученых под руководством Штефана Хелля (Stefan Hell) из Института биофизической химии общества имени Макса Планка в городе Геттинген (Германия) опубликовала в статье в журнале Science.
На сегодня существует множество способов наблюдать за работой мозга животных на уровне отдельных клеток, не вмешиваясь в их работу. Как правило, ученые встраивают в геном нейронов несколько генов, заставляющих их вырабатывать белки, которые светятся при облучении лазером. Как правило, разрешающая способность этих методов наблюдения ограничена половиной длины волны видимого света - 200-300 нанометров.
Хелль и его коллеги использовали относительно новую методику - STED-микроскопию, которая позволяет в теории достичь сверхвысокой разрешающей способности - 5-6 нанометров. Такой способ является логическим продолжением "обычной" люминесцентной микроскопии. Согласно этому методу, клетки облучаются лазером не один, а два раза.
Как объясняют ученые, первичный импульс излучения возбуждает молекулы светящегося вещества в самой клетке и в окружающем пространстве. Затем края светового пятна обрабатываются другим импульсом излучения, который вынуждает белковые цепочки "сбросить" фотоны и прекратить излучение. Такой прием позволяет обойти ограничения, которые накладываются длиной волны света: на финальном изображении остаются подсвеченными только "нужные" фрагменты картинки.
По словам исследователей, это позволило им достичь самой высокой на сегодня разрешающей способности - 70 нанометров на пиксель. Для проверки изобретения ученые проследили за активностью нейронов в теменной доле мозга мыши, где находится центры осязания и пространственной ориентации.
В своем эксперименте биологи использовали шесть лабораторных мышей, нейроны которых выделяли белок желтой флуоресценции. Для наблюдения за работой мозга они усыпили грызунов, просверлили отверстие в черепных коробках и поместили их в экспериментальный микроскоп.
Высокое разрешение позволило ученым рассмотреть дендритовые шипики и другие мельчайшие элементы нейронов. Наблюдения показали, что шипики не обладают постоянной структурой и регулярно меняют свою форму, вырастают или исчезают в течение нескольких минут или получаса.
Ученые полагают, что их методика может быть использована для наблюдения за работой нейронов в мозге молодых грызунов или для изучения последствий болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний.