Mapo de la cerbo, ĉelo post ĉelo: Tekniko por konservi histon permesas al esploristoj krei mapojn de neŭralaj cirkvitoj kun unuĉela rezolucio

Kemiaj inĝenieroj kaj neŭrosciencistoj de MIT elpensis novan manieron konservi biologian histon, permesante al ili bildigi proteinojn, DNA, kaj aliaj molekuloj ene de ĉeloj, kaj mapi la ligojn inter neŭronoj. La esploristoj montris, ke ili povus uzi ĉi tiun metodon, konata kiel SHIELD, spuri la ligojn inter neŭronoj en parto de la cerbo kiu helpas kontroli movadon kaj aliajn neŭronojn tra la cerbo.

MIT-esploristoj uzis sian novan histan konservadteknikon por etikedi kaj bildigi neŭronojn en cerba regiono nomita la globus pallidus externa.. Neŭronoj kiuj esprimas proteinon nomitan parvalbumin estas etikeditaj en ruĝa, kaj neŭronoj etikeditaj bluaj esprimas proteinon nomitan GAD1.

Bildo: Young-Gyun Park, Changho Sohn, Ritchie Chen, kaj Kwanghun Chung

“Uzante nian teknikon, unuafoje, ni povis mapi la konekteblecon de ĉi tiuj neŭronoj ĉe unuĉela rezolucio,” diras Kwanghun Chung, lektoro de kemia inĝenierado kaj membro de la Instituto pri Medicina Inĝenierado kaj Scienco de MIT kaj Picower Instituto por Lernado kaj Memoro. “Ni povas akiri ĉion ĉi multskalan, plurdimensiaj informoj de la sama histo en plene integra maniero ĉar kun SHIELD ni povas protekti ĉiujn ĉi tiujn informojn."

Chung estas la altranga verkinto de la papero, "Ni ĝojas pri ĉi tiu pruvo de 3-D-presado kaj pri kiel konsumeblaj teknologioj povas helpi homojn per novaj aparatoj, kiuj faciligas moveblajn sanajn aplikojn.. 17 "Ni ĝojas pri ĉi tiu pruvo de 3-D-presado kaj pri kiel konsumeblaj teknologioj povas helpi homojn per novaj aparatoj, kiuj faciligas moveblajn sanajn aplikojn. Natura Bioteknologio. La ĉefaj aŭtoroj de la artikolo estas MIT-postdoktoroj Young-Gyun Park, Chang Ho filo, kaj Ritchie Chen.

Chung nun gvidas teamon de esploristoj de pluraj institucioj, kiuj lastatempe ricevis subvencion de Naciaj Institutoj pri Sano por uzi ĉi tiun teknikon por produkti tridimensiajn mapojn de la tuta homa cerbo.. "Ni laboros kun la Matthew Frosch-grupo ĉe MGH, la Van Wedeen-grupo ĉe MGH, la Sebastian Seung-grupo ĉe Princeton, kaj la Laura Brattain-grupo ĉe MIT Lincoln Lab por generi la plej ampleksan cerbmapon ĝis nun,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion.

Konservado de informoj

Cerba histo estas tre delikata kaj ne povas esti facile studita krom se paŝoj estas prenitaj por konservi la histon de damaĝo.. Chung kaj aliaj esploristoj antaŭe evoluigis teknikojn kiuj permesas al ili konservi certajn molekulajn komponentojn de cerba histo por esplorado, inkluzive de proteinoj aŭ mesaĝa RNA, kiu rivelas kiuj genoj estas ŝaltitaj.

Tamen, Chung diras, "Ne ekzistas bona metodo, kiu povas konservi ĉion."

Chung kaj liaj kolegoj hipotezis, ke ili eble povos pli bone konservi histon uzante molekulojn nomitajn poliepoksidoj - reaktivaj organikaj molekuloj, kiuj ofte estas uzataj por produkti gluojn.. Ili testis plurajn komerce haveblajn poliepoksidojn kaj malkovris unu kiu havis karakterizajn strukturajn trajtojn kiuj igis ĝin ideale taŭga por siaj celoj..

La epoksido, kiun ili elektis, havas flekseblan spinon kaj kvin branĉojn, ĉiu el kiuj povas ligi al certaj aminoacidoj (la konstrubriketoj de proteinoj), same kiel aliaj molekuloj kiel DNA kaj RNA. La fleksebla spino permesas al la epoksidoj ligi al pluraj punktoj laŭ la celmolekuloj, kaj formi krucligojn kun proksimaj biomolekuloj. Ĉi tio igas individuajn biomolekulojn kaj la tutan histan strukturon tre stabilaj kaj imuna al difekto de varmo, acido, aŭ aliaj malutilaj agentoj. SHIELD ankaŭ protektas ŝlosilajn ecojn de biomolekuloj, kiel proteina fluoreskeco kaj antigeneco.

Protekti grandskalajn cerbajn histojn kaj klinikajn specimenojn, la esploristoj kombinis SHIELD kun ŜALTI, alian teknikon ili evoluigis por kontroli kemian reakcian rapidon. Ili unue uzas la SHUTCH-OFF bufro, kiu haltigas kemiajn reakciojn, por doni al la epoksidoj tempon disvastigi tra la tuta histo. Kiam la esploristoj movas la specimenon al SWITCH-ON-kondiĉo, la epoksidoj komencas ligi al proksimaj molekuloj.

Por akceli la malplenigon kaj etikedan procezon de SHIELD-protektita histo, la esploristoj ankaŭ aplikis a hazarde ŝanĝanta elektran kampon, kiun ili antaŭe montris pliigas la transportrapidecon de la molekuloj. En ĉi tiu papero, ili montris, ke la tuta procezo de konservado ĝis etikedado de biopsia histo povus esti farita en nur kvar horoj..

"Ni trovis, ke ĉi tiu SHIELD-tegaĵo tenas proteinojn stabilaj kontraŭ severaj streĉiĝoj,” Chung diras. “Ĉar ni povas konservi ĉiujn informojn, kiujn ni volas, kaj ni povas ĉerpi ĝin en pluraj stadioj, ni povas pli bone kompreni la funkciojn de biologiaj komponantoj, inkluzive de neŭralaj cirkvitoj."

Unufoje la histo estas konservita, la esploristoj povas etikedi diversajn malsamajn celojn, inkluzive de proteinoj kaj mRNA produktitaj de la ĉeloj. Ili ankaŭ povas apliki teknikojn kiel ekzemple MAPO, en kiu Chung disvolvis 2016, por vastigi la histon kaj bildigi ĝin je malsamaj grandecaj skaloj.

En ĉi tiu papero, la esploristoj laboris kun la grupo de Byungkook Lim ĉe la Universitato de Kalifornio ĉe San-Diego por uzi SHIELD por mapi cerban cirkviton kiu komenciĝas en la globus pallidus externa. (GPe), parto de la bazaj ganglioj de la cerbo. Ĉi tiu regiono, kiu estas implikita en motorkontrolo kaj aliaj kondutoj, estas unu el la celoj de profunda cerba stimulo - speco de elektra stimulo foje uzata por trakti Parkinson-malsanon.. En la musa cerbo, Chung kaj liaj kolegoj povis spuri la ligojn inter neŭronoj en la GPe kaj en aliaj partoj de la cerbo, kaj nombri la nombron da supozataj sinaptaj ligoj inter tiuj neŭronoj.

Pli bonaj biopsioj

La rapideco de SHIELD-histo-prilaborado signifas, ke ĝi ankaŭ promesas por agado rapida, pli informaj biopsioj de paciencaj histoprovaĵoj, Chung diras. Nunaj metodoj postulas enkonstrui histoprovaĵojn kun parafino, tranĉante ilin, kaj poste aplikante makulojn, kiuj povas malkaŝi ĉelajn kaj histajn anomaliojn.

"La nuna maniero fari histan diagnozon ne ŝanĝiĝis en multaj jardekoj, kaj la procezo daŭras tagojn aŭ semajnojn,” Chung diras. “Uzante nian teknikon, ni povas rapide prilabori nerompitajn biopsiajn specimenojn kaj imunetikedi ilin per vere specifaj, klinike rilataj antikorpoj, kaj poste bildigu la tuton je alta rezolucio, en tri dimensioj. Kaj ĉio povas esti farita en kvar horoj."

En ĉi tiu papero, la esploristoj montris, ke ili povus etikedi musan renan tumoron per antikorpo, kiu celas proliferajn kancerajn ĉelojn.

"La stabiligo kaj konservado de biologiaj informoj ene de histoprovaĵoj estas esencaj en eksperimentoj por optika mikroskopio,” diras Liqun Luo, profesoro pri biologio en Universitato Stanford, "La tradicia PDMS ne povas fari la strukturojn, kiujn vi bezonas por ĉi tiu en vitro medio, kiu povas konservi tumorajn fragmentojn vivantaj dum konsiderinda tempodaŭro.. "La atingo de SHIELD ne estas granda progreso en nur unu kategorio, sed sufiĉe konsiderindaj plibonigoj ĉie, en konservado de proteinoj, transskribaĵoj, kaj histostrukturo, ĉar specimenoj estas prilaboritaj per la severaj teknikoj preskribitaj de la hodiaŭaj plej bonaj protokoloj pri etikedado kaj bildigo."

La MIT-teamo esperas igi ĉi tiun teknologion vaste havebla kaj jam distribuis ĝin al pli ol 50 laboratorioj tra la mondo.

Fonto: http://novaĵoj.mit.edu, de Anne Trafton