Холограмите разкриват вътрешната работа на мозъка

Учените откриха начин да наблюдават живите неврони, без да ги увреждат - в 3D и с до 50 пъти по-голяма разделителна способност от преди. Техниката, използваща цифрова холографска микроскопия (DHM), е неинвазивна и може да създаде изображения на стотици неврони наведнъж. DHM има потенциал да оптимизира проучванията за лекарства, включващи невродегенеративни заболявания като болестта на Паркинсон и Алцхаймер, защото изследователите могат да тестват нови лекарства по-бързо и в по-голям брой от преди.

Изследователският екип от швейцарската Политехника Еколе Федерале де Лозана (EPLF) и Център за хоспиталие на университета Вадоа (CHUV) включваше невробиолози, психиатри и напреднали специалисти по образна диагностика. Резултатите от сътрудничеството им се появяват в броя от 17 август 2011 г. на The Journal of Neuroscience .

3D изображение на мишки неврон, взето чрез цифрова холографска микроскопия. Кредитна снимка: Lyncée Tec

За да наблюдават прозрачни неврони в чаша на Петри, учените обикновено използват флуоресцентни багрила. Но тази техника отнема време, често уврежда клетките, променя химичния състав - потенциално изкривява резултатите - и позволява на изследователите да изследват само няколко неврона наведнъж.

Според новото проучване DHM може да заобиколи ограниченията на съществуващите техники. Пиер Магистрети от Института за мозъчен ум на EPFL и водещ автор на статията обясни:

DHM е фундаментално ново приложение за изучаване на неврони с множество предимства пред традиционните микроскопи. Той е неинвазивен, което позволява разширено наблюдение на невронните процеси без нужда от електроди или багрила, които увреждат клетките.

Членът на отбора Pierre Marquet добави:

DHM дава ценна информация не само за формата на невроните, но и за тяхната динамика и активност, а техниката създава 3D навигационни изображения и увеличава точността от 500 нанометра в традиционните микроскопи до мащаб от 10 нанометра.

Добър начин да разберете как работи DHM е да си представите голяма скала в океан от напълно правилни вълни. Докато вълните се деформират около скалата и заобикалят от другата страна, те носят информация за формата на скалата. Сравнявайки тази информация с информацията от вълни, които не се разбиват върху скалата, би било възможно да се реконструира изображение на скалата. DHM прави това с лазерен лъч, като насочва една дължина на вълната към обект, събира изкривената вълна от другата страна и я сравнява с референтен лъч.

След това компютърът числено реконструира 3D изображение на обекта - в случая неврони - с помощта на алгоритъм, разработен от авторите. Освен това лазерният лъч пътува през прозрачните клетки и получава важна информация за вътрешния им състав.

В миналото учените са използвали DHM за откриване на дефекти в материалите, но Magistretti и DHM пионерът Christian Depeursinge решават да използват DHM за невробиологични приложения. Тяхната група провокира електрически заряд в култура от неврони, използващи глутамат, основният невротрансмитер в мозъка. Този пренос на заряд носи вода вътре в невроните и променя техните оптични свойства по начин, който само DHM може да открие. Резултатът е изображения на електрическата активност на стотици неврони едновременно в реално време, без увреждане от електроди, които могат да записват активност само от няколко неврона наведнъж.

Без да е необходимо въвеждането на багрила или електроди, изследователите могат да прилагат DHM за скрининг с високо съдържание - скрининг на хиляди нови фармакологични молекули.

Magistretti каза:

Поради прецизността, бързината и липсата на инвазивност на техниката, е възможно да се проследят минутните промени в свойствата на невроните във връзка с приложено тестово лекарство и да се даде възможност за по-добро разбиране на случващото се. Това, което обикновено би отнело 12 часа в лабораторията, вече може да се направи за 15 до 30 минути, което значително намалява времето, необходимо за изследователите да разберат дали лекарството е ефективно или не.

Долен ред: Изследователски екип от швейцарската cole Polytechnique F rale de Lausanne (EPLF) и Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) публикува документ в броя на „ The Journal of Neuroscience”, публикуван на 17 август 2011 г. тяхното приложение на цифрова холографска микроскопия (DHM) върху живи неврони.

Via cole Polytechnique F d rale de Lousanne

Молекулярното изображение за болестта на Алцхаймер е вероятно една година