Hologrami otkrivaju način na koji funkcionira mozak

Za rasvjetljivanje složenog funkcioniranja neurona potrebni su jednako djelotvorni alati kao i za proučavanje dalekih galaksija.


Tim neurobiologa, psihijatara i stručnjaka za naprednu vizualnu reprezentaciju objekata sa švicarskog politehničkog fakulteta École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i iz sveučilišnog bolničkog centra Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) preuzeli su tehniku iz znanosti o materijalima te u časopisu The Journal of Neuroscience izvijestili kako se digitalna holografska mikroskopija (DHM) sada može upotrijebiti za trodimenzionalno promatranje neuronske aktivnosti u stvarnom vremenu i do čak 50 puta većoj rezoluciji nego prije. Tehnika posjeduje izniman potencijal za testiranje novih lijekova u borbi protiv neurodegenerativnih bolesti kao što su Alzheimerova i Parkinsonova bolest.

Neuroni su prozirni i dolaze u različitim oblicima. Za njihovo promatranje u Petrijevoj posudici znanstvenici koriste fluorescentne boje koje, međutim, mijenjaju njihov kemijski sastav i mogu dovesti do iskrivljenja rezultata. Uz to, ova tehnika oduzima mnogo vremena, često oštećuje stanice te omogućuje promatranje tek nekoliko neurona odjednom. No, nedavno objavljeni rezultati pokazuju kako DHM može nadvladati ograničenja postojećih tehnika.

“DHM predstavlja posve novu tehniku za proučavanje neurona koju odlikuju brojne prednosti u odnosu na tradicionalne mikroskope”, objašnjava glavni autor rada Pierre Magistretti sa Instituta za mozak i um na EPFL-u. “Radi se o neinvazivnoj tehnici koja omogućuje promatranje neuralnih procesa na dulje vrijeme bez potrebe za elektrodama ili bojama koje oštećuju stanice”.

Viši član tima Pierre Marquet dodaje, “DHM pruža dragocjene informacije ne samo o obliku neurona, već i o njihovoj dinamici i aktivnosti, te se ovom tehnikom stvaraju trodimenzionalni prikazi kojima se može upravljati i povećava preciznost u odnosu na tradicionalne mikroskope sa 500 nanometara do skale od 10 nanometara”.

Način na koji DHM radi može se uspješno predočiti ukoliko se zamisli velika stijena usred oceana sa savršeno pravilnim valovima. Kako nailaze na stijenu valovi mijenjaju oblik te na drugu obalu donose podatke o obliku stijene. Taj podatak može se izračunati usporedbom izmijenjenih valova s valovima koji se nisu sudarili sa stijenom kako bi se rekonstruirao izgled stijene. DHM čini slično pomoću laserske zrake na način da usmjeri jedinstvenu valnu duljinu prema objektu, prihvati iskrivljen val s druge strane te ga usporedi s referentnom zrakom. Računalo tada brojčano rekonstruira trodimenzionalni prikaz objekta – u ovom slučaju neurona – koristeći algoritam koji su razvili autori. Uz to, putujući kroz prozirne stanice laserska zraka prikuplja važne podatke o njihovom unutarnjem sastavu.

DHM se obično koristi za utvrđivanje vrlo malenih oštećenja u materijalima, no Magistretti je zajedno sa Christianom Depeursingeom, profesorom u Laboratoriju za naprednu fotoniku na EPFL-u i pionirom DHM-a, odlučio upotrijebiti ovu tehnologiju u neurobiološke svrhe. U sklopu istraživanja njihov tim izazvao je električni naboj u kulturi neurona koristeći glutamat, glavni neuroprijenosnik u mozgu. Ovim prijenosom naboja u neurone se unosi voda i mijenjaju njihova optička svojstva na način koji može utvrditi samo DHM. Na taj način ovom se tehnikom može jasno vizualno predočiti električna aktivnost stotina neurona istodobno, u stvarnom vremenu, bez njihovog oštećivanja elektrodama, koje k tome mogu istovremeno pratiti aktivnost tek nekolicine neurona.

Velik napredak za farmaceutska istraživanja
Bez potrebe za korištenjem boja ili elektroda, DHM se može koristiti za metodu velikog probira – ispitivanje tisuća novih farmakoloških molekula. Ova napredna tehnika značajna je za otkrivanje novih lijekova za liječenje ili sprječavanje neurodegenerativnih bolesti kao što su Parkinsonova i Alzheimerova bolest budući da omogućuje brže testiranje većeg broja novih molekula.

“Zahvaljujući preciznosti, brzini i neinvazivnosti ove tehnike, moguće je pratiti iznimno male promjene u svojstvima neurona izazvane lijekom koji se testira te se mogu bolje shvatiti procesi koji se pritom odvijaju, posebno kada se radi o predviđanju smrti neurona”, rekao je Magistretti. “Nešto za što je prethodno bilo potrebno 12 sati rada u laboratoriju sada oduzima tek 15 do 30 minuta, čime se značajno smanjuje vrijeme potrebno za utvrđivanje djelotvornosti lijeka”.

Izvor: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne; znano.st

Leave a Comment