Araştırmacılar, Yeni Görüntüleme Tekniğiyle Tüm Beyin Ağlarının “Hücre Altı” Haritasını Oluşturdu

Francis Crick Enstitüsü'nde görev yapan bilim insanları, beyin dokusunun hücre altı seviyesindeki yapısı ve işlevi hakkında bilgi yakalamak için yeni bir görüntüleme tekniği geliştirdiler.

Araştırmacılar yaptıkları çalışmayla, beyni çevreleyen hücreleri farklı ölçeklerde dokuların görüntülenmesindeki zorlukların üstesinden gelerek, beyindeki sinir ağlarının tam bir resmini oluşturdular. Araştırma Nature Communications dergisinde 25 Mayıs’ta yayınlandı.


Doku, hücre ve hücre altı yapıları hakkında bilgi yakalamak için çeşitli görüntüleme yöntemleri kullanılır. Bununla birlikte, tek bir yöntem yalnızca dokunun yapısı veya işlevi hakkında bilgi yakalayabilir ve bir nanometre ölçeğine (bir nanometre metrenin milyarda biridir) ayrıntılı olarak bakmak, bilim insanlarının daha geniş çevre hakkında bilgi kaydettiği anlamına gelir. Bu, doku hakkında genel bir anlayış kazanmak için görüntüleme tekniklerinin birleştirilmesi gerektiği anlamına gelir.


Bilim insanları çalışmalarında, vıvo görüntüleme, senkrotron röntgeni ve hacim elektron mikroskobu dahil olmak üzere yedi görüntüleme yöntemini birleştirerek farelerde beynin koku ampulü ve hipokampüs alanını görüntülediler.


Kullanılan teknik, beynin diğer bölgelerine veya vücudun bölümlerine uygulanabilir ve bilim insanlarına birçok farklı biyolojik yapı ve doku hakkında daha ayrıntılı bilgi sağlayabilir.

Görüntüleme sürecinin her adımı farklı bilgiler sağlar. İlk olarak, araştırmacılar beynin belirli bölgelerindeki nöronları görselleştirmek ve fareler kokulara maruz kaldığında hangi nöronların aktif olduğunu görmek için kalsiyum görüntülemeyi kullandılar.


Farelerin beyin dokusu örnekleri, birkaç milimetreye kadar olan örnekleri yakalayan senkrotron X-ışını tomografisi de dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılarak görüntülendi. Bu ölçek, bilim insanlarının tüm sinir ağlarını ve ayrıca belirli hücrelerin veya diğer yapıların numunenin daha geniş bağlamında nerede oturduğunu görmeleri için yeterlidir. Önemli olarak, bu yöntem numuneye zarar vermez, böylece başka bir teknik kullanılarak tekrar görüntülenebilir.


Araştırmacılar daha sonra elektron mikroskobu ile görüntülenecek özel ilgi alanlarını seçtiler ve karmaşık ayrıntıları yüksek çözünürlükte yakaladılar. Bazı hedef bölgelerde, araştırmacıların nöronları birbirine bağlayan bireysel sinapslar gibi küçük yapıları görmelerini sağlayan 10 nanometre kadar küçük ayrıntıları haritalayabilir.


Bilgisayar algoritmalarını kullanarak, çalıştıkları beynin bölümünün yapısının ve işlevinin birkaç milimetreküpe kadar tam bir haritasını oluşturmak için sonuçları birleştirdiler.


Crick'teki Duyusal Devreler ve Nöroteknoloji Laboratuvarı'nda ilk yazar ve Baş Laboratuvar Araştırma Bilimcisi Carles Bosch şöyle diyor: "Yaklaşımımız, yapıları çok farklı ölçeklerde görüntüleme zorluğunun üstesinden gelmenin güvenilir bir yolunu sunuyor. Memelilerin beyinlerindeki nöronal devrelerin yanı sıra diğer dokuların yapısını ve işlevini araştırmak için güçlü bir araç olacağına inanıyoruz.”


Crick'teki Duyusal Devreler ve Nöroteknoloji Laboratuvarı'nın kıdemli yazarı ve başkanı Andreas Schaefer şöyle diyor: "Bu yaklaşımı beyne uygulamakla ilgileniyoruz; burada, belirli nöronlar ve sinapslar hakkındaki bilgilerin yanı sıra birkaç milimetre uzunluğundaki tüm sinir ağları hakkında bilgi toplamak önemlidir.


“Ancak, araştırmacıların daha geniş tümör bağlamında belirli hücrelerin aktivitesini anlamayı amaçladığı kanser biyolojisi gibi diğer ortamlarda da yararlı olma potansiyeli yüksektir.”

Araştırmacılar, Crıck'teki elektron mikroskobu ekibi ile ortaklık kurdu ve ayrıca Oxfordshire'daki Elmas ışık Kaynağı'nda senkrotron X-ışını ekipleri, Fransa'daki Avrupa Senkrotron ve İsviçre'deki Paul Scherrer Enstitüsü'nde çalıştı.


Ekip, koku alma ampulü hakkında daha fazla ayrıntı ortaya çıkarmak ve tekniği daha da geliştirmek için aynı görüntüleme yaklaşımını kullanarak bu araştırmaya devam edecek.


Referans: Bosch, C. ve ark. 'nın” Korelasyonel in vivo fizyoloji, senkrotron mikro tomografi ve hacim elektron mikroskobu yoluyla beyin dokusunun fonksiyonel ve çok ölçekli 3D yapısal araştırması"., 25 Mayıs 2022, Doğa İletişimi.


DOI: 10.1038 / s41467-022-30199-6

https://scitechdaily.com/new-imaging-technique-generates-incredible-subcellular-maps-of-entire-brain-networks/