Uusi tekniikka tekee hiiren aivot (läpinäkymättömät, vasemmalla) täysin avoimet (oikealla) kuvantamisen helpottamiseksi. Kuva: Kwanghun Chung ja Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Ihmisen aivot ovat yksi monimutkaisimmista esineistä tunnetussa maailmankaikkeudessa. Vain 3 kiloon lihaan pakattuna (keskimäärin) on noin 86 miljardin yhdistyneen neuronin kokoonpano, joka muodostaa lukemattomia monimutkaisia verkostoja, jotka muodostavat persoonallisuuttasi olemuksen.
Säilynyt aivot tutkimuspöydällä ei kuitenkaan välitä mitään tästä monimutkaisuudesta: Se näyttää enemmän tai vähemmän kuin harmaan lihan kasa, koska emme näe ulkoisten solujen kalvojen läpi nähdäkseen yksittäisiä neuroneja sisällä.
Tämä ongelma on motivaatio uudelle tekniikalle, jonka kehitti Kwanghun Chungin ja Karl Deisserothin johtama Stanford-ryhmä tekemään säilyneistä aivoista täysin läpinäkyviä valolle. Tekemällä niin ja käyttämällä sitten erikoistuneita kemiallisia merkkejä, jotka kiinnittyvät tietyntyyppisiin soluihin, he loivat tavan nähdä kokonaiset aivot kaikissa niiden monimutkaisissa, toisiinsa kytketyissä loistoissa. Tällainen monimutkaisuus näkyy helposti alla olevassa kuvassa olevissa hiiren aivoissa, joissa tietyntyyppiset neuronit on merkitty fluoresoivalla vihreällä väriaineella:
Läpinäkyvä hiiren aivot, joihin injektoidaan vihreä väriaine, joka kiinnittyy hermosoluihin. Kuva: Kwanghun Chung ja Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Tutkijoiden mukaan tekniikka, joka julkistettiin tänään Nature- lehdessä julkaistussa lehdessä, toimii sekä ihmisten että hiirien aivojen säilymiseen ja sitä voidaan soveltaa myös moniin muihin elimiin. Menetelmässä hyödynnetään sitä tosiseikkaa, että elinten väri - ja siksi niiden epäselvyys - johtuu kokonaan rasvamolekyyleistä, jotka muodostavat kunkin solun kalvon.
Elävissä aivoissa nämä molekyylit säilyttävät elimen rakenteellisen eheyden. Mutta säilyneissä aivoissa ne peittävät sisäisen rakenteen näkökulmasta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat täyttivät kokeelliset hiiren aivot hydrogeeleillä - jotka sitoutuvat solujen funktionaalisiin elementteihin (proteiinit ja DNA), mutta eivät rasvamolekyyleihin - ja muodostavat hyytelömäisen verkon, joka säilyttää alkuperäisen rakenteen. Sitten ne puhdistivat rasvamolekyylit pesuaineella, mikä teki elimen täysin läpinäkyväksi.
Täysin ehjän, läpinäkyvän hiiren aivojen tuottaminen (kuten kuvan yläosassa näkyy) luo kaikenlaisia mielenkiintoisia kuvantamismahdollisuuksia. Kun rasvamolekyylit huuhtoutuvat pois, solumembraanit eivät enää peitä kokeellisesti tai kliinisesti kiinnostavia elementtejä (esimerkiksi neuroniverkostot tai geenit). (Paljon samalla tavalla seeprakalaa ja läpinäkyviä alkioita käytetään voimakkaasti monilla biologisen tutkimuksen aloilla.)
Näkemään näkökohdat selvästi tutkijat lisäsivät värillisiä kemiallisia merkkejä, jotka kiinnittyvät erityisesti tietyntyyppisiin molekyyleihin. Kun tämä on tehty, tutkijat voivat tutkia niitä tavanomaisella valomikroskoopilla tai yhdistää useita kuvia digitaalimikroskoopeista kolmiulotteisen renderoinnin luomiseksi.
Konseptin todisteena hiiren aivojen lisäksi tutkimusryhmä suoritti toimenpiteen kuolleen autistisen ihmisen aivojen pienille palasille, jotka olivat olleet varastoissa 6 vuotta. Erikoistuneilla kemiallisilla markkereilla he pystyivät jäljittämään yksittäiset hermosolut suurten kudosten läpi. He löysivät myös epätyypillisiä tikkaat kaltaisia neuronirakenteita, joita on havaittu myös autismin kaltaisten oireiden saaneiden eläinten aivoissa.
Tällainen yksityiskohtainen analyysi on aikaisemmin ollut mahdollista vain tutkimalla työlästä pieniä aivoviipaleita mikroskoopilla päästäkseen kokonaan kolmiulotteiseen kuvaan. Mutta nyt aivojen eri osien väliset yhteydet voidaan nähdä laajemmalla tasolla.
Se, että tekniikka toimii kaikenlaisissa kudoksissa, voisi avata monia uusia tutkimusreittejä: elimen signalointimolekyylireittien analysointi, sairauden kliininen diagnoosi biopsianäytteessä ja tietysti neuronisuhteiden tarkempi tutkimus ja verkot, jotka muodostavat ihmisen aivot. Katso lisätietoja alla olevasta videosta, luontovideo :
