मस्तिष्क का मानचित्रण, सेल दर सेल: ऊतक को संरक्षित करने की तकनीक शोधकर्ताओं को एकल-कोशिका विभेदन के साथ तंत्रिका परिपथों के मानचित्र बनाने की अनुमति देती है

एमआईटी के रासायनिक इंजीनियरों और न्यूरोसाइंटिस्टों ने जैविक ऊतक को संरक्षित करने का एक नया तरीका ईजाद किया है, उन्हें प्रोटीन की कल्पना करने की अनुमति देता है, डीएनए, और कोशिकाओं के भीतर अन्य अणु, और न्यूरॉन्स के बीच कनेक्शन को मैप करने के लिए. शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे इस पद्धति का उपयोग कर सकते हैं, शील्ड के नाम से जाना जाता है, मस्तिष्क के एक हिस्से में न्यूरॉन्स के बीच संबंध का पता लगाने के लिए जो पूरे मस्तिष्क में गति और अन्य न्यूरॉन्स को नियंत्रित करने में मदद करता है.

एमआईटी शोधकर्ताओं ने ग्लोबस पैलिडस एक्सटर्ना नामक मस्तिष्क क्षेत्र में न्यूरॉन्स को लेबल करने और उनकी छवि बनाने के लिए अपनी नई ऊतक संरक्षण तकनीक का उपयोग किया।. न्यूरॉन्स जो परवलब्यूमिन नामक प्रोटीन को व्यक्त करते हैं उन्हें लाल रंग में लेबल किया जाता है, और नीले लेबल वाले न्यूरॉन्स GAD1 नामक प्रोटीन व्यक्त करते हैं.

छवि: यंग-ग्यून पार्क, चांगहो सोहन, रिची चेन, और क्वानघुन चुंग

“हमारी तकनीक का उपयोग करना, पहली बार के लिए, हम एकल-कोशिका रिज़ॉल्यूशन पर इन न्यूरॉन्स की कनेक्टिविटी को मैप करने में सक्षम थे,क्वानघुन चुंग कहते हैं, केमिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर और एमआईटी के मेडिकल इंजीनियरिंग और विज्ञान संस्थान और पिकोवर इंस्टीट्यूट फॉर लर्निंग एंड मेमोरी के सदस्य. “हम यह सब मल्टीस्केल प्राप्त कर सकते हैं, एक ही ऊतक से बहुआयामी जानकारी पूरी तरह से एकीकृत तरीके से क्योंकि SHIELD के साथ हम इस सभी जानकारी की सुरक्षा कर सकते हैं।''

चुंग पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं, जो दिसंबर में दिखाई देता है. 17 मुददा प्रकृति जैव प्रौद्योगिकी. पेपर के प्रमुख लेखक एमआईटी पोस्टडॉक्स यंग-ग्युन पार्क हैं, चांग हो बेटा, और रिची चेन.

चुंग अब कई संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व कर रहे हैं, जिन्हें हाल ही में संपूर्ण मानव मस्तिष्क के त्रि-आयामी मानचित्र बनाने के लिए इस तकनीक का उपयोग करने के लिए राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान से अनुदान प्राप्त हुआ है।. “हम एमजीएच में मैथ्यू फ्रॉश समूह के साथ काम करेंगे, एमजीएच में वैन वेडेन समूह, प्रिंसटन में सेबेस्टियन सेउंग समूह, और एमआईटी लिंकन लैब में लॉरा ब्रैटन समूह ने अब तक का सबसे व्यापक मस्तिष्क मानचित्र तैयार किया है," वह कहते हैं.

जानकारी का संरक्षण

मस्तिष्क के ऊतक बहुत नाजुक होते हैं और इनका आसानी से अध्ययन नहीं किया जा सकता जब तक कि ऊतकों को क्षति से बचाने के लिए कदम नहीं उठाए जाते. चुंग और अन्य शोधकर्ताओं ने पहले ऐसी तकनीकें विकसित की हैं जो उन्हें अनुसंधान के लिए मस्तिष्क के ऊतकों के कुछ आणविक घटकों को संरक्षित करने की अनुमति देती हैं, प्रोटीन या मैसेंजर आरएनए सहित, जिससे पता चलता है कि कौन से जीन चालू हैं.

तथापि, चुंग कहते हैं, "ऐसी कोई अच्छी विधि नहीं है जो सब कुछ संरक्षित कर सके।"

चुंग और उनके सहयोगियों ने परिकल्पना की कि वे पॉलीएपॉक्साइड्स नामक अणुओं का उपयोग करके ऊतक को बेहतर ढंग से संरक्षित करने में सक्षम हो सकते हैं - प्रतिक्रियाशील कार्बनिक अणु जो अक्सर गोंद बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं. उन्होंने कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पॉलीएपॉक्साइड का परीक्षण किया और एक की खोज की जिसमें विशिष्ट संरचनात्मक लक्षण थे जो इसे उनके उद्देश्यों के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त बनाते थे।.

उनके द्वारा चुने गए एपॉक्साइड में एक लचीली रीढ़ और पांच शाखाएं होती हैं, जिनमें से प्रत्येक कुछ अमीनो एसिड से बंध सकता है (प्रोटीन के निर्माण खंड), साथ ही अन्य अणु जैसे डीएनए और आरएनए. लचीली रीढ़ एपॉक्साइड को लक्ष्य अणुओं के साथ कई स्थानों पर बांधने की अनुमति देती है, और आस-पास के जैव अणुओं के साथ क्रॉस-लिंक बनाना. यह व्यक्तिगत जैव अणुओं और संपूर्ण ऊतक संरचना को बहुत स्थिर और गर्मी से होने वाले नुकसान के प्रति प्रतिरोधी बनाता है, अम्ल, या अन्य हानिकारक एजेंट. SHIELD जैव अणुओं के प्रमुख गुणों की भी रक्षा करता है, जैसे कि प्रोटीन प्रतिदीप्ति और प्रतिजनता.

बड़े पैमाने पर मस्तिष्क के ऊतकों और नैदानिक ​​नमूनों की सुरक्षा के लिए, शोधकर्ताओं ने SHIELD को इसके साथ जोड़ दिया बदलना, रासायनिक प्रतिक्रिया की गति को नियंत्रित करने के लिए उन्होंने एक और तकनीक विकसित की. वे सबसे पहले स्विच-ऑफ बफ़र का उपयोग करते हैं, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को रोक देता है, एपॉक्साइड को पूरे ऊतक में फैलने का समय देने के लिए. जब शोधकर्ता नमूने को स्विच-ऑन स्थिति में ले जाते हैं, एपॉक्साइड्स आस-पास के अणुओं से जुड़ना शुरू कर देते हैं.

SHIELD-संरक्षित ऊतक की समाशोधन और लेबलिंग प्रक्रिया को तेज़ करने के लिए, शोधकर्ताओं ने यह भी लागू किया बेतरतीब ढंग से बदलता विद्युत क्षेत्र, जैसा कि उन्होंने पहले दिखाया है, अणुओं की परिवहन दर बढ़ जाती है. इस पेपर में, उन्होंने दिखाया कि बायोप्सी ऊतक के संरक्षण से लेकर लेबलिंग तक की पूरी प्रक्रिया केवल चार घंटों में की जा सकती है.

“हमने पाया कि यह SHIELD कोटिंग कठोर तनावों के खिलाफ प्रोटीन को स्थिर रखती है,चुंग कहते हैं. “क्योंकि हम वह सारी जानकारी सुरक्षित रख सकते हैं जो हम चाहते हैं, और हम इसे कई चरणों में निकाल सकते हैं, हम जैविक घटकों के कार्यों को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं, तंत्रिका सर्किट सहित।

एक बार ऊतक संरक्षित है, शोधकर्ता विभिन्न प्रकार के विभिन्न लक्ष्यों को लेबल कर सकते हैं, कोशिकाओं द्वारा उत्पादित प्रोटीन और एमआरएनए शामिल हैं. वे जैसी तकनीकें भी लागू कर सकते हैं नक्शा, जिसमें चुंग का विकास हुआ 2016, ऊतक का विस्तार करने और विभिन्न आकार के पैमाने पर इसकी छवि बनाने के लिए.

इस पेपर में, शोधकर्ताओं ने ग्लोबस पैलिडस एक्सटर्ना में शुरू होने वाले मस्तिष्क सर्किट को मैप करने के लिए SHIELD का उपयोग करने के लिए सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में ब्यूंगकुक लिम के समूह के साथ काम किया। (जी.पी.ई), मस्तिष्क के बेसल गैन्ग्लिया का भाग. यह क्षेत्र, जो मोटर नियंत्रण और अन्य व्यवहारों में शामिल है, गहरी मस्तिष्क उत्तेजना के लक्ष्यों में से एक है - एक प्रकार की विद्युत उत्तेजना जिसका उपयोग कभी-कभी पार्किंसंस रोग के इलाज के लिए किया जाता है. चूहे के दिमाग में, चुंग और उनके सहयोगी जीपीई और मस्तिष्क के अन्य हिस्सों में न्यूरॉन्स के बीच संबंध का पता लगाने में सक्षम थे, और इन न्यूरॉन्स के बीच अनुमानित सिनैप्टिक कनेक्शन की संख्या की गणना करना.

बेहतर बायोप्सी

SHIELD ऊतक प्रसंस्करण की गति का मतलब है कि यह तेजी से प्रदर्शन करने का वादा भी करता है, रोगी के ऊतक नमूनों की अधिक जानकारीपूर्ण बायोप्सी, चुंग कहते हैं. वर्तमान तरीकों में पैराफिन के साथ ऊतक के नमूनों को एम्बेड करने की आवश्यकता होती है, उन्हें काटना, और फिर ऐसे दाग लगाना जो कोशिका और ऊतक की असामान्यताओं को प्रकट कर सकते हैं.

“ऊतक निदान करने का मौजूदा तरीका कई दशकों में नहीं बदला है, और इस प्रक्रिया में कई दिन या सप्ताह लग जाते हैं,चुंग कहते हैं. “हमारी तकनीक का उपयोग करना, हम बरकरार बायोप्सी नमूनों को तेजी से संसाधित कर सकते हैं और उन्हें वास्तव में विशिष्ट इम्यूनो-लेबल दे सकते हैं, चिकित्सकीय रूप से प्रासंगिक एंटीबॉडी, और फिर पूरी चीज़ की उच्च रिज़ॉल्यूशन पर छवि बनाएं, तीन आयामों में. और सब कुछ चार घंटे में किया जा सकता है।”

इस पेपर में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे माउस किडनी ट्यूमर को एक एंटीबॉडी के साथ लेबल कर सकते हैं जो बढ़ती कैंसर कोशिकाओं को लक्षित करता है.

“ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के प्रयोगों में ऊतक के नमूनों के भीतर जैविक जानकारी का स्थिरीकरण और संरक्षण आवश्यक है,लिकुन लुओ कहते हैं, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में जीव विज्ञान के प्रोफेसर, जो शोध में शामिल नहीं था. “SHIELD की उपलब्धि केवल एक श्रेणी में बड़ी प्रगति नहीं है, बल्कि बोर्ड भर में उल्लेखनीय सुधार हुए, प्रोटीन के संरक्षण में, टेप, और ऊतक संरचना, क्योंकि नमूनों को आज के सर्वोत्तम लेबलिंग और इमेजिंग प्रोटोकॉल द्वारा निर्धारित कठोर तकनीकों के माध्यम से संसाधित किया जाता है।

एमआईटी टीम इस तकनीक को व्यापक रूप से उपलब्ध कराने की उम्मीद करती है और पहले ही इसे अधिक से अधिक लोगों तक वितरित कर चुकी है 50 दुनिया भर की प्रयोगशालाएँ.

स्रोत: एचटीटीपी://news.mit.edu, ऐनी ट्रैफ्टन द्वारा