[ad_1]
Используя инновационный метод микроскопии, ученые из Института обучения и памяти Пиковера в Массачусетском технологическом институте наблюдали, как новорожденные нейроны с трудом достигают своих надлежащих мест в усовершенствованных моделях ткани головного мозга человека с синдромом Ретта, что дало новое представление о том, как нарушения развития наблюдаются в мозге пациентов. может возникнуть разрушительное расстройство.
Синдром Ретта, который характеризуется такими симптомами, как тяжелая умственная отсталость и нарушение социального поведения, вызывается мутациями в гене MECP2. Чтобы получить новое представление о том, как мутация влияет на ранние стадии развития человеческого мозга, исследователи из лаборатории Мриганки Сура, Ньютона, профессора нейробиологии в Департаменте мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, вырастили трехмерные клеточные культуры, называемые церебральными органоидами или минимозгами, используя клетки людей с мутациями MECP2 и сравнили их с идентичными культурами без мутаций. Затем команда под руководством постдока Мурата Йилдирима изучила развитие каждого типа мини-мозга, используя передовую технологию визуализации, называемую трехфотонной микроскопией генерации третьей гармоники (THG).
THG, который Йилдирим помог разработать в лаборатории Сура, работая с профессором машиностроения Массачусетского технологического института Питером Со, позволяет получать изображения с очень высоким разрешением глубоко в живых, неповрежденных тканях без необходимости добавлять какие-либо химические вещества для маркировки клеток. Новое исследование, опубликованное в электронная жизнь, является первым, кто использует THG для изображения органоидов, оставляя их практически нетронутыми, сказал Йилдирим. Предыдущие исследования визуализации органоидов требовали использования технологий, которые не могут отображать всю трехмерную ткань, или методов, требующих уничтожения культур: либо их нарезки на тонкие срезы, либо химической очистки и маркировки.
В трехфотонной микроскопии используется лазер, но Йилдирим и Со специально спроектировали лабораторный микроскоп таким образом, чтобы на ткани воздействовала не больше мощности лазерной указки игрушечной кошки (менее 5 милливатт).
«Вы должны убедиться, что вы не изменяете и не влияете на физиологию нейронов каким-либо неблагоприятным образом», — говорит Йилдирим. «Вы действительно должны сохранить все в целости и убедиться, что вы не приносите что-то внешнее, что может повредить. Вот почему мы так внимательно относимся к мощности (и маркировке химических веществ)».
Даже при малой мощности они достигли адекватного сигнала для получения неповрежденных изображений неподвижных и живых органоидов без меток. Чтобы подтвердить, что они сравнили свои изображения THG с изображениями, сделанными с помощью более традиционных методов химической маркировки.
Система THG позволила им отслеживать миграцию новорождённых нейронов по мере того, как они продвигались от края вокруг открытых пространств в минимозге (называемых желудочками) к внешнему краю, который является прямым аналогом коры головного мозга. Они увидели, что зарождающиеся нейроны в минимозге, моделирующем синдром Ретта, двигались медленно и извилистыми путями по сравнению с более быстрым движением по более прямым линиям, демонстрируемым теми же типами клеток в минимозге без мутации MECP2. Сур говорит, что последствия такого миграционного дефицита согласуются с тем, что ученые, в том числе в его лаборатории, предположили, что происходит с плодами с синдромом Ретта.
«Из вскрытие мозга и методов визуализации мозга мы знаем, что во время развития мозга при синдроме Ретта все идет наперекосяк, но было удивительно трудно понять, что и почему», — говорит Сур, руководитель Центра изучения социального мозга Саймонса в Массачусетском технологическом институте. «Этот метод позволил нам напрямую визуализировать ключевой фактор». По словам Йилдирима, THG визуализирует ткани без меток, потому что он очень чувствителен к изменениям показателя преломления материалов. Таким образом, он разрешает границы между биологическими структурами, такими как кровеносные сосуды, клеточные мембраны и внеклеточные пространства. Поскольку формы нейронов меняются во время их развития, команда также смогла четко увидеть границу между желудочковой зоной (областью вокруг желудочков, где появляются новорожденные нейроны) и корковой пластинкой (областью, в которой оседают зрелые нейроны). Также было очень легко разрешить различные желудочки и сегментировать их на отдельные области.
Эти свойства позволили исследователям увидеть, что у органоидов с синдромом Ретта желудочки были больше и многочисленнее, а желудочковые зоны — края вокруг желудочков, где рождаются нейроны, — были тоньше. В живых органоидах они смогли проследить за некоторыми нейронами, направляющимися к коре в течение нескольких дней, делая новый снимок каждые 20 минут, как это пытаются делать нейроны в реальном развивающемся мозге. Они увидели, что нейроны синдрома Ретта достигают лишь двух третей скорости немутировавших нейронов. Пути нейронов Ретта также были значительно более волнистыми. Объединение двух различий означало, что клетки Ретта продвинулись едва ли наполовину.
«Теперь мы хотим знать, как MECP2 влияет на гены и молекулы, влияющие на миграцию нейронов», — говорит Сур. «Изучая органоиды с синдромом Ретта, у нас есть хорошие предположения, которые мы хотим проверить». Йилдирим, который в сентябре откроет свою собственную лабораторию в качестве доцента в Исследовательском институте Лернера при Кливлендской клинике, говорит, что у него есть новые вопросы, основанные на результатах. Он хочет визуализировать более поздние стадии развития органоидов, чтобы отслеживать последствия извилистой миграции. Он также хочет узнать больше о том, мигрируют ли определенные типы клеток в большей или меньшей степени, что может изменить работу корковых цепей.
Йилдирим также говорит, что надеется продолжить развитие трехфотонной микроскопии THG, которая, по его мнению, обладает потенциалом для получения мелкозернистых изображений у людей. Это может быть важным преимуществом для людей, особенно то, что метод визуализации может проникать глубоко в живую ткань без необходимости использования искусственных меток.
Помимо Йилдирима, Сура и Со, другими авторами статьи являются Хлоя Делепин, Даниэль Фельдман, Винсент Фам, Стефани Чоу, Жак Пак Кан Ип, Алекси Нотт, Ли-Хуэй Цай и Го-ли Мин.
Национальные институты здравоохранения, Национальный научный фонд, Фонд JPB и Массачусетская инициатива по наукам о жизни предоставили финансирование для исследования.
[ad_2]
Source