...

Nowe narzędzie do neuroobrazowania – Voltron

Stworzono nowe narzędzie do precyzyjnego i długotrwałego neuroobrazowania mózgu żywych zwierząt.

Naukowcy analizujący możliwą komunikację międzyneuronalną dysponują kilkoma sposobami na uzyskanie interesujących ich informacji. Każda wiadomość neuronalna wywołuje natychmiastową zmianę napięcia błony komórkowej. Bilans ładunków elektrycznych pomiędzy wnętrzem neuronu a środowiskiem zewnętrznym ulega zmianie, zanim powróci do poprzedniego stanu.

Klasyczną metodą pomiaru tych zmian napięcia jest przyklejanie elektrod do komórek nerwowych, jednak jest to sposób bardzo kłopotliwy, ponieważ trudno jest tak monitorować wiele pojedynczych neuronów jednocześnie. Inne możliwości pomiaru aktywności neuronalnej wykorzystują cząsteczki fluorescencyjne do sprawdzania poziomu jonów w neuronach lub opierają się na białkach fluorescencyjnych, które niestety szybko tracą zdolność do emisji światła. W przypadku samych cząsteczek fluorescencyjnych, barwniki wrażliwe na napięcie rozprzestrzeniają się po wszystkich neuronach w mózgu, tworząc nieczytelną, zbyt gęsto upakowaną mapę, co uniemożliwia odróżnienie jednej komórki nerwowej od drugiej. Grupa naukowców z Department of Neurobiology Weizmann Institute of Science w Izraelu opracowała nowe narzędzie do neuroobrazowania o nazwie Volton, które wykorzystuje bardzo jasny syntetyczny barwnik, emitujący dziesięć razy więcej światła niż białka fluorescencyjne. Pozwala to na bezpośrednią obserwację zmian napięcia komórkowego w neuronach żywych zwierząt.

Barwniki fluorescencyjne pozwoliły na znaczny rozwój mikroskopii i obrazowania. Voltron pozwala badaczom na bardziej precyzyjne i długotrwałe śledzenie aktywności neuronalnej w mózgach żywych zwierząt. Do opracowania tego urządzenia wykorzystano połączenie barwników fluorescencyjnych ze specjalnie opracowanym białkiem, które zmienia intensywność działania, gdy uaktywnią się specyficzne neurony. Umożliwia to badaczom wykrywanie sygnałów neuronalnych w całym mózgowiu. Obecnie wydano już komponenty Volton do ponad stu innych laboratoriów na świecie.

„Naszą filozofią jest jak najszybsze udostępnienie opracowywanych przez nas narzędzi. Robimy to tak szybko, jak to tylko możliwe.” – Eric R. Schreiter, współautor badania

Voltron to modułowy system wykonany z cząsteczki barwnika i specjalnie skonstruowanego wieloczęściowego białka. Proteina ta jest wrażliwa na napięcie, co pozwala kierować natężenie światła tylko do określonych neuronów. Pierwszą próbę neuroobrazowania przy pomocy narzędzia Voltron rozpoczęto od wybrania wrażliwego na napięcie białka, znajdującego się w błonie komórkowej neuronu, po czym osadzono na nim lepki znacznik, który utworzył ścisłe powiązanie z cząsteczką barwnika fluorescencyjnego. Zmiany napięcia z neuronu sygnałowego zmieniają zachowanie białka, dzięki czemu cząsteczki barwnika rozjaśniają się i gasną z milisekundową precyzją. Barwnik emituje kolorowe światło, które można z łatwością uchwycić na nagraniu wideo. Naukowcy przetestowali różne kombinacje białek i barwników. Jedna z nich szczególnie wyróżniała się w mózgowiu żywych zwierząt, więc skupiono się na niej, dopracowano i wielokrotnie testowano.

Obecnie Voltron jest używany we współpracy z różnymi mikroskopami świetlnymi. Naukowcy chcieliby opracować taki model tego narzędzia, który umożliwiałby obrazowanie dwufotonowe, o wyższej rozdzielczości.

Bibliografia

Abdelfattah A.S., Schreiter E.R., Kawashima T., Singh A., et al., Bright and photostable chemigenetic indicators for extended in vivo voltage imaging. Science. (2019)

Udostępnij:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Ostatnie wpisy:

Podziel się opinią!

polecane wpisy:

Dzieci powinny czytać

W młodym wieku zachodzą kluczowe procesy plastyczności neuronalnej, które są istotne dla rozwoju mózgu. Dlatego warto wspierać u dzieci zachowania kształtujące ich rozwój, ponieważ mogą okazać się korzystne w dorosłym życiu. Przykładem takiego zachowania jest czytanie książek, czyli jedna z...

Kondycja wątroby a funkcje poznawcze

Przewlekłe choroby wątroby są coraz to bardziej powszechne w społeczeństwie. W ich przebiegu obserwuje się postępujące zmiany polegające na stopniowym zastępowaniu prawidłowego miąższu wątroby tkanką włóknistą, co prowadzi do zaburzeń struktury i funkcji tego narządu. Coraz więcej doniesień naukowych wskazuje,...

Jak białka pomagają spać

Sen pojawił się na wczesnym etapie ewolucji zwierząt i pełni podobną funkcję u wielu gatunków. Zarówno jego długość, jak i jakość jest ważna dla zachowania zdrowia. Jakość snu określana jest m.in. na podstawie częstotliwości i ilości wybudzeń w ciągu nocy....

Archiwum: