Observarea directă a activității neuronale în creierul viu reprezintă una dintre cele mai mari provocări din domeniul neuroștiințelor. O metodă recent dezvoltată de cercetători permite creșterea transparenței țesutului cerebral fără a afecta funcționalitatea acestuia, facilitând astfel vizualizarea detaliată a neuronilor profund situați în creier.
O echipă de specialiști de la Universitatea Kyushu din Japonia a creat un nou reactiv care transformă țesutul cerebral în transparent, menținând în același timp funcțiile biologice intacte, ceea ce permite obținerea unor imagini mai clare și mai profunde ale neuronilor activi.
Detaliile acestei metode sunt prezentate într-un studiu publicat joi în prestigioasa revistă Nature Methods.
Substanța, denumită SeeDB-Live, se bazează pe albumină, o proteină din serul sanguin, care sporește transparența țesutului cerebral fără a afecta funcția celulelor.
Această tehnică permite observarea structurilor neuronale profunde, atât în eșantioane cultivate în laborator, cât și în creierul șoarecilor vii.
Potrivit cercetătorilor, aceasta este prima metodă care face țesutul transparent pentru imagistică fără a influența funcționarea biologică a celulelor.
Activitatea complexă a creierului, care include procese precum memoria sau gândirea, depinde de comunicarea constantă între celulele din diverse zone ale creierului. Observarea activității neuronale în creierul viu se dovedește esențială pentru înțelegerea acestor procese. Creșterea transparenței țesutului cerebral este o soluție care permite luminii să pătrundă mai adânc în timpul tehnicilor de imagistică.
Fenomenul se bazează pe proprietățile optice ale materialelor; lumina se refractă și se împrăștie atunci când trece între medii cu indici de refracție diferiți. Țesutul cerebral conține lipide și alte componente celulare care creează variații microscopice ale indicelui de refracție, ce limitează vizibilitatea structurilor profunde. Reducerea acestor variații permite propagarea mai uniformă a luminii.
Experimentele realizate au demonstrat că celulele vii devin mai transparente atunci când indicele de refracție al soluției extracelulare este ajustat între 1.36 și 1.37. Cercetătorii au căutat o metodă pentru a atinge aceste valori fără a afecta echilibrul osmotic al celulelor, având în vedere că modificările presiunii osmotice pot duce la umflarea sau deshidratarea acestora.
Inițial, ei au testat substanțe naturale precum zahărul, însă concentrațiile necesare provocau deshidratarea celulelor. Ca alternativă, echipa a explorat polimeri cu dimensiuni mari, deoarece un număr mai mic de molecule era capabil să modifice indicele de refracție fără a crește presiunea osmotică. Chiar și după testarea a aproape o sută de compuși, cercetătorii nu găsiseră o soluție eficientă.
Reușita a survenit neașteptat, când echipa a testat albumina serică bovină (BSA), o proteină frecvent utilizată în laboratoare. Aceasta a generat cea mai mică presiune osmotică la indicele de refracție dorit, astfel că prin adăugarea ei în mediul de cultură, cercetătorii au realizat o soluție care face țesutul viu transparent, denumită SeeDB-Live.
În urma experimentelor efectuate pe probe de creier de șoarece, țesutul a devenit transparent în aproximativ o oră după imersia în soluție.
Când această metodă a fost combinată cu un indicator de calciu, activitatea neuronală normală din zonele adânci ale țesutului a putut fi observată în creierul transparent. Aplicarea tehnicii a crescut de trei ori intensitatea semnalelor fluorescente emise de neuronii din adâncime.
Metoda a permis o vizualizare clară a neuronilor din stratul 5 al cortexului cerebral, o zonă cunoscută pentru neuronii săi foarte ramificați care sunt implicați în procesarea informației și transformarea activităților neuronale în acțiuni. Anterior dezvoltării acestei soluții, obținerea unor imagini clare la aceste adâncimi era dificilă prin metodele clasice de imagistică.
Transparența țesutului este un proces reversibil; lichidul extracelular elimină soluția în câteva ore, iar țesutul își recâștigă starea inițială. Această metodă nu produce modificări permanente, ceea ce permite examinarea repetată a aceluiași animal pentru monitorizarea activității cerebrale în timp.
Cercetătorii subliniază că albumina este abundentă în sânge și foarte solubilă, caracteristici care o fac ideală pentru creșterea transparenței optice a țesuturilor. Totuși, metoda prezintă și limitări. Deși este eficientă în țesutul cerebral, barierele biologice restricționează livrarea soluției către alte organe, iar accesul la creier necesită realizarea unei feronculi, procedură ce poate provoca stres și limita eficiența experimentelor.
Cercetătorii consideră că această tehnică ar putea permite obținerea de imagini fluorescente mai clare din zonele profunde ale țesuturilor și ar putea să ajute la înțelegerea modului în care diverse regiuni ale creierului colaborează. De asemenea, metoda ar putea fi utilizată pentru evaluarea țesuturilor tridimensionale și a organoizilor cerebrali în cercetarea farmacologică.
