Hücre haritalama sürecinde devrim yaratıyor Mirage Haberleri

Beynin son derece karmaşık yapısının bir haritasını oluşturmak sinir biliminin temel hedeflerinden biridir. Asıl zorluk, beyin hücrelerinin, haritalanması gereken kendi bireysel molekül setlerine sahip olmasıdır.

UConn Fizyoloji ve Nörobiyoloji Profesörü Linnaea Ostroff, hücre haritalama sürecinde devrim yaratmak için çalışıyor. Süperimpozisyon mikroskobu adı verilen yeni yöntemi, görüntülemeye alternatif bir yaklaşım benimsiyor ve yeni nesil beyin haritalarına benzeri görülmemiş bir zenginlik getirmeyi hedefliyor.

Mevcut görüntüleme teknikleri aynı anda yalnızca iki veya üç molekülü tespit edebiliyor, bu da sinir bilimcilerin haritalama yeteneğini sınırlıyor. Faktörlerden biri, doku bütünlüğünü bozan, duyarlılığı bozan ve protein ve RNA gibi farklı moleküllerle uyumsuz olabilecek lekeleri kullanan görüntüleme için beyin hücresi örneklerini hazırlamak için kullanılan işlemdir.

Ostrov tarafından geliştirilen yeni yöntem, çoğullama olarak bilinen bir işlemle aynı doku örneğinde birden fazla molekülün görüntülenmesini içeriyor. Süpermikroskopi tekniği, numuneleri sinir hücresi gövdesinden iki kat daha küçük ultra ince bölümlere ayırmak için bir elmas bıçak kullanır.

Proje A tarafından finanse ediliyor Ulusal Ruh Sağlığı Enstitülerinden 2,24 milyon dolarlık hibeÇok sayıda molekülü beyin dokusunun yüksek çözünürlüklü mikroskobik görüntülerine entegre etmeyi amaçlamaktadır.

Ostrov, “Daha fazla sayıda molekülü ve yapıyı aynı anda rastgele gruplar halinde eşleştirmenin yollarını arıyoruz” diyor. “Şu anda elinizde bir doku örneği varsa, onunla ne yapmak istediğinizi seçmelisiniz, ancak birden fazla şey yapamazsınız. Bu büyük bir sınırlama ve moleküllerin birbirleriyle nasıl ilişki kurduğuna dair anlayışımızı sınırlıyor.” . Onlara birlikte bakamayız.”

Süpermikroskopi kullanılarak üretilen her ultra ince kesit, etiketleme ve görüntüleme için ayrı bir örnek olarak ele alınır. Kesitler ayrı ayrı boyanır ve fotoğrafları çekilir, böylece belirli bir hücre paralel olarak ve her prob için optimize edilmiş koşullar altında onlarca, hatta yüzlerce antikor ve RNA probuyla etiketlenebilir.

Ultra ince kesit alma, EM örneklerinin 30 nm kadar ince dilimlere ayrılmasına olanak sağlamak üzere sert plastik bir reçineye gömüldüğü taramalı elektron mikroskobunda (EM) standarttır. Ne yazık ki, EM reçineleri dokudaki moleküllere erişimi engellemektedir ve örnek yerleştirme işlemi moleküllere, özellikle de RNA'ya doğrudan zarar verebilmektedir.

Ultraplex mikroskopi, numunelerin hasar görmeden gömülmesine olanak tanıyan ve daha sonra molekülleri etiketleme için açığa çıkarmak üzere bölümlerden yıkanabilen yeni bir plastik reçine formülasyonu kullanır.

Ostroff, “Bu numuneleri dahil ettiğinizde kimya doğal olarak numuneyi yok eder” diyor. “Numune hazırlama kimyası, özellikle RNA için çok zararlıdır. Ultraplex mikroskobu, numune hazırlamada kullanılan kimyayı değiştirir. Tüm moleküllerin ve numunenin hasar görmeden muhafaza edildiği numuneyi plastikte korumanın yollarını bulduk.”

Ostrov'a göre reçine müdahalesi olmadan hassas immün etiketleme ve RNA tespiti mümkün. Bölümler rafa dayanıklı olduğundan zamanla ve hatta laboratuvarlar arasında büyük veri kümeleri oluşturulabilir. Projenin amacı, hazırlanmış örnekleri ve çeşitli ölçeklere uygulanabilecek veri analizlerini kullanarak sağlam, tekrarlanabilir protokoller ve iş akışları geliştirmektir.

Ostrov'un laboratuvarı elektron mikroskobu ve sinaptik değişikliklerin öğrenmeyi ve hafızayı nasıl etkilediği, özellikle de hayvanların güvenlik ve tehlikeyi ayırt etmeyi nasıl öğrendiği konusunda uzmanlaşmıştır. Güvenlik anıları korkuyu, kaygıyı ve stres tepkilerini bastırabilir. Bunların hücresel düzeyde nasıl kodlandığını anlamak, anksiyete bozukluklarının ve TSSB'nin patofizyolojisine ışık tutabilir.

Ostrov'un ilgisini çeken şey, deneyimle birlikte fiziksel yapının -özellikle nöronlar düzeyinde- nasıl değiştiği ve dünyadaki deneyimlerin beyni fiziksel olarak nasıl etkilediğidir.

Moleküller, araştırmacıların öğrenmeden etkilenen devreleri net bir şekilde görmelerine olanak tanıyan bilgiler içeriyor. Mikroskopideki gelişmelere rağmen araştırmacılar gördükleri şeyin yerini nasıl belirleyeceklerini henüz çözemediler. Işık kullanan standart mikroskoplar molekülleri görebilir ancak devreleri göremez. Elektron mikroskobu – var olan en güçlü mikroskobik tekniktir ve bazı durumlarda tek bir atomu bile görebilir – sinapsları ve diğer küçük hücresel yapıları çok net bir şekilde görüntüleyebilir ancak molekülleri göremez.

Ostrov, “Bu yaklaşım ikisini birbirine bağlıyor ve yeni olasılıkların önünü açıyor” diyor.

UConn'un elektron mikroskobuna olağanüstü desteği, Ostrov'u 2017'de üniversiteye çeken şeydi. UConn'un bir değil üç elektron mikroskobu tesisi var ve bunlar birlikte bir düzineden fazla elektron mikroskobunu barındırıyor.

Ostroff'un NIMH bursu, ajans aracılığıyla aldığı iki hibeden biri Beyin GirişimiBeynin yeni dinamik görüntülerini üretmek için yenilikçi teknolojilerin geliştirilmesini ve uygulanmasını hızlandırmayı amaçlayan bir proje. NIMH'den 1 milyon dolarlık bir hibe ile finanse edilen tamamlayıcı bir proje, son derece ayrıntılı 3 boyutlu elektron mikroskobu görüntülemesi için süper taramalı mikroskopi tekniğini genişletmeyi amaçlıyor.

Ostroff, kendi bölümündekiler de dahil olmak üzere, yöntemini halihazırda meslektaşlarıyla paylaşıyor ve diğer araştırmacıların bunu kendi çalışmalarında kullanmanın yollarını bulmasını görmenin heyecan verici olduğunu söylüyor. Ayrıca bu teknolojiyi UCLA dışındaki araştırmacılarla da paylaşıyor. Taslağın önümüzdeki ay kadar hazır olmasının beklendiğini söyledi.

Ostroff, “Beynin anatomisi hayal edilemeyecek kadar karmaşık ve bu alan bizim görmemiz gerekeni görmemizi sağlayacak araçlar yaratmak için hâlâ çok çalışıyor” diyor. “Umudumuz, bu yöntemin pahalı yeni teknoloji gerektirmemesi nedeniyle, çok sayıda araştırmacının rutin olarak moleküler ayrıntılara sahip yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmesine olanak tanımasının yanı sıra laboratuvarlar arasında ve zaman içinde işbirliğini kolaylaştırmasıdır.”