Исследователи из Китайской академии наук разработали новую технологическую платформу, которая позволяет одновременно изучать структуру, активность и генетические особенности отдельных нейронов. По мнению ученых, этот прорыв может значительно расширить понимание работы мозга и механизмов развития неврологических заболеваний, сообщает Qazinform.com.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell.
Нейроны являются основными клетками нервной системы, и для их полноценного изучения необходимо учитывать три ключевых аспекта: функциональную активность, морфологию и экспрессию генов. До сих пор ученым не удавалось получить все эти данные одновременно для одной и той же клетки.
Для решения этой задачи исследователи создали тримодальную платформу под названием IMC, объединяющую функциональную визуализацию, реконструкцию структуры нейронов и анализ экспрессии генов в рамках единого процесса.
В основе разработки лежат две собственные технологии. Первая — многофотонный микроскоп высокого разрешения, позволяющий восстанавливать карту нейронных связей без повреждения тканей мозга. Вторая — метод двухцветной флуоресцентной визуализации, который дает возможность отслеживать расположение генов внутри клеток и одновременно анализировать экспрессию нескольких генов.
Используя новую платформу, ученые провели исследования на бодрствующих мышах. Сначала они зарегистрировали реакцию отдельных нейронов на зрительные стимулы и движения с помощью кальциевой визуализации in vivo. Затем были восстановлены связи этих же клеток по всему мозгу и составлена карта распределения генов внутри них. При этом пространственное положение нейронов сохранялось на всех этапах исследования, что обеспечило точное сопоставление данных.
На сегодняшний день исследовательская группа собрала комплексные данные более чем по 100 нейронам. Анализ показал, что сочетание информации о структуре клеток и экспрессии генов позволяет значительно точнее прогнозировать их функциональное поведение по сравнению с использованием каждого типа данных отдельно.
Кроме того, ученые установили, что пространственное распределение генов внутри клетки может служить важным критерием для классификации различных типов нейронов.
В ходе работы также был обнаружен ранее неизвестный подтип возбуждающих нейронов, который содержит молекулярные маркеры, характерные для тормозных нейронов, и демонстрирует уникальные реакции на визуальные сигналы. По мнению исследователей, это открытие может помочь лучше понять принципы организации нейронных сетей мозга.
Разработчики отмечают, что новая платформа открывает возможности для одновременного изучения активности, структуры и генетических особенностей нейронов на уровне отдельных клеток, что станет важным инструментом для дальнейших исследований мозга и нейродегенеративных заболеваний.
Ранее сообщалось, что китайские ученые выявили одну из ключевых причин ранней остановки развития человеческих эмбрионов, что может способствовать повышению эффективности процедур ЭКО.