Синапсы как звезды

Кора мозга человека содержит сотни триллионов нейронных связей, или синапсов, плотно «упакованных» в слой ткани толщиной от 2 до 4 мм. Визуализация столь плотно расположенных друг к другу объектов – чрезвычайно сложная задача, с которой могут справится даже самые лучшие из оптических микроскопов.
Невролог из Стэнфорда Стивен Смит (Stephen Smith) и его коллеги разработали новую технологию, позволяющую разглядеть все синапсы в коре головного мозга мыши. «Сейчас мы действительно можем их сосчитать и, более того, каталогизировать в соответствии с их типом», - говорит Смит. Исследование было опубликовано в журнале Neuron.
Возможность массового изучения синапсов однажды поможет ученым понять, как развивается болезнь Альцгеймера, аутизм и другие неврологические расстройства и нарушения развития. Было показано, что многие из них связаны с дисфункцией или дегенерацией нейронных связей.
Ученые разделили ткань головного мозга на тонкие (всего 70 нм толщиной) секции, каждая из которых была окрашен группой из трех различных антител. Каждое из этих антител было разработано специально для привязки к одному из 17 типов белков, позволяющих отличить один тип синапса от другого. Таким образом, набор антител, разделенный на группы по 3 для каждого образца, заставил изображение светиться разными цветами.
После обработки первой тройкой антител было автоматически получено огромное количество снимков сверхвысокого разрешения, позволивших отметить положение точек, флуоресцирующих определенным светом. Потом антитела были химически удалены, и процесс повторился с новой тройкой. Так каждый синапс приобрел собственную «белковую подпись», позволяющую составить каталог различных типов синаптических связей.
Эти отдельные фотографии затем были сшиты воедино при помощи специального программного обеспечения, разработанного в лаборатории Смита, создавая трехмерное изображение участка головного мозга. Исследователи смогли «путешествовать» внутри трехмерной мозаики и наблюдать различные типы синапсов, отмеченные разными цветами. Эта картина дает представление об общей сложности человеческого мозга, которая, по словам Смита, «практически невероятна». «Отдельный синапс больше похож на микропроцессор, обладающий способностью хранить и обрабатывать информацию, чем на простой переключатель. На самом деле, один синапс может содержать порядка 1000 «переключателей» молекулярного масштаба. Человеческий мозг содержит больше сетевых переключателей, чем все компьютерные сети на Земле», - рассказывает ученый.
Используя метод «объемной томографии» (array tomography), разработанный Смитом совместно с Кристиной Митчевой, исследователи рассчитывают выявить различные нюансы, которые должны ускорить развитие неврологии. Например, какие типы синапсов приобретаются или теряются в процессе обучения, при ощущении боли в результате травмы или при неврологических расстройствах. При поддержке Национального института здравоохранения США Смит изучает образцы тканей мозга пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера.
«Я предполагаю, что через несколько лет метод объемной томографии станет незаменимым инструментом клинических исследований», - говорит Смит.
20-11-2010г.

Архив новостей

Архив сообщений о новых публикациях