Onderzoekers hebben een baanbrekende methode ontwikkeld, ‘zap-and-freeze’ genaamd, waarmee wetenschappers hersencelactiviteit met ongekend detail kunnen observeren. Deze techniek omvat het snel stimuleren van neuronen met elektriciteit en het vervolgens binnen milliseconden bevriezen ervan, waardoor hun toestand behouden blijft voor gedetailleerd onderzoek. Het doel is om inzichten te ontsluiten in neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson, waarbij verstoorde signalering een cruciale rol speelt.
Hoe ‘Zap-and-Freeze’ werkt
Het proces combineert elektrische stimulatie met ultrasnel cryogeen invriezen onder hoge druk. Deze methode legt hersencellen in actie vast en onthult dynamieken die te snel optreden voor conventionele observatie. De techniek werd getest op zowel muizen- als menselijk hersenweefsel door een team van de Johns Hopkins University School of Medicine.
De resultaten leverden details in hoge resolutie op van de synaptische functie (de verbindingen tussen neuronen die de communicatie verzorgen), evenals het gedrag van blaasjes, die chemische boodschappen tussen cellen overbrengen. Deze interacties zijn van fundamenteel belang voor cognitieve processen zoals leren en geheugen.
Belangrijkste bevindingen: Ultrasnelle endocytose
Een cruciale ontdekking was de observatie van ultrasnelle endocytose, een recyclingproces waarbij gebruikte blaasjes worden verwijderd en nieuwe worden aangemaakt in minder dan 100 milliseconden. Dit proces is essentieel voor het handhaven van continue neuronale communicatie. De onderzoekers identificeerden ook dynamin1xA als een sleuteleiwit dat deze endocytose aanstuurt.
“Deze aanpak heeft het potentieel om dynamische informatie met hoge resolutie over de handel in synaptische membranen in intacte plakjes menselijke hersenen te onthullen”, leggen de onderzoekers uit in hun gepubliceerde werk.
Het feit dat deze bevindingen consistent waren tussen muis- en menselijk weefsel ondersteunt het gebruik van diermodellen in hersenonderzoek, wat vertrouwen geeft bij het extrapoleren van resultaten.
Implicaties voor de ziekte van Parkinson
Begrijpen hoe synapsen en blaasjes op dit granulaire niveau functioneren, kan cruciaal zijn voor het ontrafelen van de mechanismen achter de ziekte van Parkinson. Er wordt gedacht dat neuronale dood bij Parkinson verband houdt met synaptische disfunctie. Hoewel de ziekte complex is, kan deze techniek helpen precies vast te stellen wat er op moleculair niveau misgaat.
Het onderzoeksteam is van plan hun werk uit te breiden door weefselmonsters te analyseren van Parkinson-patiënten die een hersenoperatie ondergaan, waarbij de blaasjesactiviteit tussen gezonde en aangetaste hersenen wordt vergeleken. Dit zou specifieke verschillen aan het licht kunnen brengen die de progressie van de ziekte aansturen.
Waarom dit belangrijk is
De ziekte van Parkinson treft miljoenen mensen wereldwijd, en de prevalentie ervan zal naar verwachting stijgen. Technieken als ‘zap-and-freeze’ bieden een essentieel hulpmiddel voor het in kaart brengen van hersenactiviteit op de kleinste schaal en in de kortste tijdsbestekken, wat mogelijk kan leiden tot effectievere behandelingen. Door de synaptische membraandynamiek in levend weefsel te visualiseren, kunnen wetenschappers zowel genetische als niet-genetische vormen van de aandoening beter begrijpen.
De ontwikkeling van deze methode is een belangrijke stap voorwaarts in de neurowetenschappen en belooft nieuwe wegen voor het bestuderen van de hersenfunctie en het behandelen van neurologische aandoeningen.
