Νέα τεχνική κάνει τον εγκέφαλο διαφανή και επιτρέπει την παρατήρηση νευρώνων σε πραγματικό χρόνο

Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Kyushu στην Ιαπωνία ανέπτυξε ένα νέο αντιδραστήριο (ουσία που συμμετέχει σε χημική αντίδραση), το οποίο καθιστά δυνατό να παρατηρούνται νευρώνες σε βαθύτερα στρώματα του εγκεφάλου χωρίς να επηρεάζεται η φυσιολογική λειτουργία τους, αναφέρει το Tech Explorist.

Η μέθοδος, που παρουσιάστηκε στο περιοδικό Nature Methods, ονομάζεται SeeDB-Live και επιχειρεί να λύσει ένα πρόβλημα που για χρόνια θεωρούνταν σχεδόν αξεπέραστο: πώς μπορεί να γίνει ο εγκεφαλικός ιστός οπτικά πιο διαφανής ενώ παραμένει ζωντανός.

Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες τέτοιες τεχνικές λειτουργούσαν μόνο σε σταθεροποιημένα, δηλαδή νεκρά, δείγματα ιστών, καθώς τα χημικά μέσα που χρησιμοποιούνταν για να μειώνουν τη σκέδαση του φωτός αποδεικνύονταν τοξικά για ζωντανά κύτταρα. Η ομάδα του Takeshi Imai, καθηγητή στην Ιατρική Σχολή του Kyushu, επιδίωξε να βρει μια λύση που να βελτιώνει την οπτική διαπερατότητα του εγκεφαλικού ιστού χωρίς να αλλάζει τη βιολογία του.

Η ουσία – κλειδί

Το βασικό πρόβλημα είναι ο τρόπος με τον οποίο το φως διαχέεται όταν περνά μέσα από υλικά με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Στον εγκέφαλο αυτό περιορίζει δραστικά την απεικόνιση στα επιφανειακά στρώματα, αφήνοντας αόρατες τις βαθύτερες περιοχές. Οι Ιάπωνες ερευνητές διαπίστωσαν ότι αν ο δείκτης διάθλασης του εξωκυττάριου διαλύματος ρυθμιστεί περίπου μεταξύ 1,36 και 1,37, η διαφάνεια του ιστού αυξάνεται αισθητά. Το δύσκολο ήταν να εντοπιστεί μια ουσία που να πετυχαίνει αυτό το αποτέλεσμα χωρίς να διαταράσσει την ωσμωτική ισορροπία και χωρίς να βλάπτει τα κύτταρα.

Οι επιστήμονες δοκίμασαν σάκχαρα και άλλα μικρά μόρια, αλλά σε υψηλές συγκεντρώσεις αυτά προκαλούσαν μεταβολές στην ωσμωτική πίεση και έθεταν σε κίνδυνο τη βιωσιμότητα των κυττάρων. Μετά την εξέταση σχεδόν 100 πολυμερών, η λύση ήρθε από μια ουσία ιδιαίτερα γνώριμη στα εργαστήρια: την αλβουμίνη βόειου ορού (BSA). Η αλβουμίνη, χάρη στο μεγάλο της μέγεθος και στις φυσικοχημικές της ιδιότητες, πέτυχε τον επιθυμητό οπτικό δείκτη με χαμηλή ωσμωτική πίεση και χωρίς ανιχνεύσιμη τοξικότητα.

Το νέο διάλυμα, που ονομάστηκε SeeDB-Live, προστέθηκε στο καλλιεργητικό μέσο και μέσα σε περίπου μία ώρα τμήματα του εγκεφάλου ποντικιών γίνονταν πολύ πιο διαφανή. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι τα φθορίζοντα σήματα από βαθύτερους νευρώνες τριπλασιάζονταν, επιτρέποντας καθαρή απεικόνιση περιοχών που μέχρι σήμερα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθούν, όπως το πέμπτο στρώμα του εγκεφαλικού φλοιού, όπου βρίσκονται νευρώνες κρίσιμοι για την επεξεργασία πληροφοριών και την κινητική απόκριση.

Σε συνδυασμό με δείκτες ασβεστίου, η τεχνική επέτρεψε την παρακολούθηση της νευρωνικής δραστηριότητας σε πραγματικό χρόνο σε ζωντανούς εγκεφάλους. Σύμφωνα με τη μελέτη, η μέθοδος δεν βελτιώνει μόνο το βάθος της απεικόνισης, αλλά καθιστά δυνατές και επαναλαμβανόμενες παρατηρήσεις στο ίδιο ζώο, επειδή η διαφάνεια υποχωρεί λίγες ώρες μετά την απομάκρυνση του διαλύματος, χωρίς να αφήνει μόνιμες βλάβες ή αλλαγές.