رسم خرائط الدماغ, الخلية خلية: تقنية للحفاظ على النسيج يسمح للباحثين لإنشاء خرائط الدوائر العصبية لقرار وحيد الخلية

وقد وضعت المهندسين الكيميائيين MIT وعلماء الأعصاب وسيلة جديدة للحفاظ على الأنسجة البيولوجية, السماح لهم تصور البروتينات, الحمض النووي, والجزيئات الأخرى داخل الخلايا, ولتعيين الاتصالات بين الخلايا العصبية. وأظهر الباحثون أن يتمكنوا من استخدام هذا الأسلوب, المعروفة باسم SHIELD, لتعقب الاتصالات بين الخلايا العصبية في جزء من الدماغ التي تساعد على السيطرة على الحركة والخلايا العصبية الأخرى في جميع أنحاء الدماغ.

استخدم الباحثون تقنية جديدة MIT الحفاظ أنسجتهم لتسمية والخلايا العصبية الصورة في منطقة في الدماغ تسمى الكرة الشاحبة الط. وصفت الخلايا العصبية التي تعبر عن بروتين يسمى parvalbumin باللون الأحمر, والخلايا العصبية وصفت الزرقاء تعبير عن بروتين يسمى GAD1.

صورة: الشباب-غيون بارك, Changho سون, ريتشي تشن, وKwanghun تشونغ

"استخدام تقنية لدينا, لأول مرة, كنا قادرين على الخريطة التواصل بين الخلايا العصبية في هذه واحدة من الخلايا قرار,"تشونغ يقول Kwanghun, أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية وعضو في معهد MIT للهندسة الطبية ومعهد العلوم وبيكور للتعلم والذاكرة. واضاف "يمكننا الحصول على كل هذا متعددة النطاقات, معلومات متعددة الأبعاد من نفس الأنسجة بطريقة متكاملة لمع SHIELD نستطيع أن نحمي كل هذه المعلومات ".

تشونغ هو مؤلف كتاب كبار من ورقة, الذي يظهر في ديسمبر. 17 قضية طبيعة التكنولوجيا الحيوية. المؤلفين الرئيسيين ورقة هي MIT من حملة الدكتوراه الشباب-غيون بارك, تشانغ هو سون, وريتشي تشن.

تشونغ هو الآن يقود فريقا من الباحثين من العديد من المؤسسات التي حصلت مؤخرا على المعاهد الوطنية للصحة منح لاستخدام هذه التقنية لإنتاج خرائط ثلاثية الأبعاد للدماغ البشري بأكمله. "سوف نعمل مع مجموعة ماثيو فروش في MGH, المجموعة فان Wedeen في MGH, مجموعة سيباستيان سونغ في جامعة برنستون, ومجموعة لورا Brattain في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لينكولن مختبر لتوليد خريطة أشمل المخ بعد," هو يقول.

معلومات المحافظة

أنسجة المخ حساسة جدا ولا يمكن دراستها بسهولة ما لم يتم اتخاذ خطوات للحفاظ على الأنسجة من التلف. تشونغ وغيرهم من الباحثين قد وضعت سابقا التقنيات التي تسمح لهم للحفاظ على بعض المكونات الجزيئية للأنسجة المخ للبحث, بما في ذلك البروتينات أو الرنا المرسال, الذي يكشف التي يتم تشغيل الجينات.

ومع ذلك, يقول تشونغ, "ليس هناك طريقة جيدة يمكن أن الحفاظ على كل شيء".

افترض تشونغ وزملاؤه أنها قد تكون قادرة على الحفاظ على أفضل النسيج باستخدام جزيئات تسمى polyepoxides - الجزيئات العضوية على رد الفعل التي غالبا ما تستخدم لإنتاج المواد اللاصقة. واختبر الباحثون عدة polyepoxides المتاحة تجاريا واكتشفت واحدة التي كانت الصفات الهيكلية المميزة التي جعلت من مناسبة بشكل مثالي لأغراضها.

والايبوكسيد اختاروا لديه مرونة العمود الفقري وخمسة فروع, كل واحدة منها يمكن ربط بعض الأحماض الأمينية (لبنات بناء البروتينات), وكذلك جزيئات أخرى مثل DNA و RNA. العمود الفقري مرنا يسمح اليبوكسيد لربط العديد من المواقع على طول الجزيئات المستهدفة, ولتشكيل الروابط عبر مع الجزيئات الحيوية القريبة. وهذا يجعل الجزيئات الحيوية الفردية وبنية الأنسجة كامل مستقرة جدا ومقاومة للتلف من الحرارة, حامض, أو وكلاء ضارة أخرى. درع يحمي أيضا الخصائص الرئيسية الجزيئات الحيوية, مثل مضان البروتين واستضداد.

لحماية أنسجة المخ على نطاق واسع والعينات السريرية, الجمع بين الباحثين SHIELD مع مفتاح كهربائي, أسلوب آخر أنها وضعت للسيطرة على سرعة التفاعل الكيميائي. لأول مرة استخدام المخزن المؤقت سويتش-OFF, الذي توقف التفاعلات الكيميائية, لإعطاء اليبوكسيد الوقت لنزع فتيل خلال نسيج كامل. عندما ينتقل الباحثون عينة للتبديل-ON حالة, تبدأ اليبوكسيد لربط جزيئات المجاورة.

لتسريع عملية المقاصة ووضع العلامات من الأنسجة محمية SHIELD, استخدم الباحثون أيضا تغيير عشوائيا الحقل الكهربائي, التي أظهرت في السابق يزيد من معدل نقل جزيئات. في هذه الورقة, أظهروا أن العملية برمتها من الحفاظ على وضع العلامات من الأنسجة خزعة يمكن أن يؤديها في أربع ساعات فقط.

"لقد وجدنا أن هذا الطلاء SHIELD يبقي البروتينات مستقرة ضد الضغوطات القاسية,"يقول تشونغ. "لأننا يمكن الحفاظ على جميع المعلومات التي نريد, ويمكننا استخراجها في مراحل متعددة, يمكننا أن نفهم على نحو أفضل وظائف المكونات البيولوجية, بما في ذلك الدوائر العصبية ".

مرة واحدة يتم الحفاظ على النسيج, يمكن للباحثين تسمية مجموعة متنوعة من أهداف مختلفة, بما في ذلك البروتينات ومرنا التي تنتجها الخلايا. ويمكن أيضا أن تطبيق تقنيات مثل خريطة, التي وضعت تشونغ في 2016, لتوسيع الأنسجة وصورة ذلك على مستويات مختلفة الحجم.

في هذه الورقة, عمل الباحثون مع مجموعة Byungkook ليم في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو لاستخدام الدرع لتعيين الدائرة الدماغ الذي يبدأ في الط الكرة الشاحبة (إصدار Google Play), جزء من العقد القاعدية في الدماغ. هذه المنطقة, التي تشارك في التحكم في المحركات وغيرها من السلوكيات, هو واحد من الأهداف من التحفيز العميق للمخ - وهو نوع من التحفيز الكهربائي تستخدم في بعض الأحيان لعلاج مرض باركنسون. في مخ الفأر, وكان تشونغ وزملاؤه قادرة على تتبع الاتصالات بين الخلايا العصبية في إصدار Google Play وفي أجزاء أخرى من الدماغ, ولحساب عدد من الاتصالات المشبكية المفترضة بين هذه الخلايا العصبية.

الخزعات أفضل

سرعة معالجة الأنسجة SHIELD يعني أنه يحمل أيضا وعد لأداء السريع, الخزعات أكثر إفصاحا من عينات الأنسجة المرضى, يقول تشونغ. الأساليب الحالية تتطلب التضمين عينات الأنسجة مع البارافين, تشريح لهم, ثم تطبيق البقع التي يمكن أن تكشف الخلايا والأنسجة تشوهات.

"إن الطريقة الحالية لعمل تشخيص الأنسجة لم تتغير منذ عشرات السنين, وتستغرق العملية أياما أو أسابيع,"يقول تشونغ. "استخدام تقنية لدينا, يمكننا معالجة بسرعة عينات الخزعة سليمة والمناعية تسمية لهم محددة حقا, الأجسام المضادة ذات الصلة سريريا, ثم صورة كل شيء بدقة عالية, في ثلاثة أبعاد. وكل ما يمكن القيام به في أربع ساعات ".

في هذه الورقة, وأظهر الباحثون أن يتمكنوا من تسمية الماوس ورم الكلى مع الأجسام المضادة التي تستهدف الخلايا السرطانية المتكاثرة.

"إن تحقيق الاستقرار والحفاظ على المعلومات البيولوجية في عينات الأنسجة ضروري في التجارب لالمجهر الضوئي,"يقول لين لوو, أستاذ علم الأحياء في جامعة ستانفورد, الذي لم يشارك في البحث. "إن تحقيق SHIELD ليس تقدما كبيرا في فئة واحدة فقط, بل تحسن ملحوظ في جميع المجالات, في البروتينات المحافظة, النصوص, وهيكل الأنسجة, كما تتم معالجة عينات من خلال الأساليب القاسية التي يحددها أفضل العلامات والتصوير بروتوكولات اليوم ".

ويأمل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لجعل هذه التكنولوجيا متاحة على نطاق واسع وزعت بالفعل إلى أكثر من 50 مختبرات حول العالم.

مصدر: HTTP://news.mit.edu, قبل آن ترافتون