Новая техника визуализации проливает свет на мозг взрослых рыбок данио

Ученые Cornell разработали новую методику визуализации мозга рыбок данио на всех этапах его развития, которая может иметь значение для изучения нарушений головного мозга человека, включая аутизм.

Ученые Cornell разработали новую методику визуализации мозга рыбок данио на всех этапах его развития, которая может иметь значение для изучения нарушений головного мозга человека, включая аутизм.

В молодости данио-рерио прозрачные, что делает их хорошими моделями для визуализации в реальном времени, но с возрастом они становятся непрозрачными, что мешает исследователям заглядывать в живой взрослый мозг.

Теперь междисциплинарная команда из Cornell Neurotech разработала инструмент для микроскопии, который можно использовать с взрослыми рыбками данио, разработанными с помощью датчиков кальция, которые загораются, чтобы показать, когда активируются нейроны.

Поскольку весь мозг позвоночных в основном сходен, этот подход позволяет ученым изучить основные принципы структуры и функционирования мозга, которые применимы ко всем позвоночным, включая людей.

«Все мозги позвоночных одинаковы, и почти все области мозга присутствуют почти у каждого позвоночного», - сказал Джозеф Фетчо, профессор нейробиологии и поведения и директор Cornell Neurotech в Колледже искусств и наук. «Это неудивительно, потому что все они, даже самые простые, должны делать то же самое, чтобы выжить и размножиться».

Фетчо является одним из старших авторов исследования «Глубокая трехфотонная визуализация мозга у интактных взрослых рыбок данио», которое было опубликовано 27 апреля в журнале Nature Methods . Другой старший автор - Крис Сюй, профессор прикладной инженерии и физики в Инженерном колледже, и директор Фонда семьи Монг из Cornell Neurotech-Engineering.

Когда нервные клетки активируются, они наполняются кальцием. Рыба, использованная в исследованиях Фетчо, содержит белок, который связывается с кальцием в нервных клетках. Белок также флуоресцирует при возбуждении лазерным излучением с длиной волны 480 нанометров, и флуоресцентные клетки можно визуализировать с помощью микроскопа.

Проблема: при подаче этого импульса света один фотон на 480 нм, направленный через верх головы рыбы, будет возбуждать другие флуоресцентные белки на пути луча, размывая изображение. Новая техника работает, доставляя фотоны с длиной волны 1400 нм в фокус в мозге. Таким образом, каждый отдельный фотон имеет длину волны, которая слишком велика для возбуждения промежуточных белков, но три фотона вместе будут нести достаточно энергии для возбуждения флуоресцентного белка, когда свет сконцентрирован в фокусе.

Затем лазер сканирует несколько раз вдоль линии в мозге. При многократной визуализации параллельные линии образуют двумерное поперечное сечение области мозга. Повторяя этот процесс на разных глубинах, исследователи получают трехмерное изображение структур мозга.

По словам Фетчо, с новым инструментом исследователи теперь могут использовать рыбу, разработанную для разработки версии аутизма и других расстройств, и наблюдать, как заболевание прогрессирует по мере старения рыбы. Эти модели рыб также могут быть использованы для тестирования потенциальных методов лечения, чтобы увидеть, улучшают ли они функции и как меняются структура и функции мозга при улучшении состояния.

«Это шаг ... к излечению некоторых разрушительных заболеваний мозга, с которыми сталкиваются люди», - сказал Фетчо.

Лаборатория Сюй разработала технологию визуализации, а лаборатория Фетчо работала над нейробиологическими и поведенческими аспектами исследования. Соавтор Эндрю Басс, профессор по нейробиологии и поведению Горация Уайта в A & S, также предоставил другую модель рыбы, которая все еще находится в разработке, для более мелкого родственника рыбок данио, названную Danionella dracula, которую было бы легче изобразить.

Источник