Naukowcy opracowali przełomową technikę zwaną szokiem i zamrożeniem, która umożliwia obserwowanie aktywności komórek mózgowych z niespotykaną dotąd szczegółowością. Technika ta polega na szybkiej stymulacji neuronów prądem elektrycznym, a następnie błyskawicznym ich zamrożeniu w celu zachowania ich do szczegółowych badań. Celem jest uzyskanie wglądu w schorzenia neurologiczne, takie jak choroba Parkinsona, w przypadku których zakłócona sygnalizacja odgrywa kluczową rolę.
Jak działa metoda szoku i zamrażania
Proces łączy stymulację elektryczną z ultraszybkim zamrażaniem kriogenicznym pod wysokim ciśnieniem. Technika ta rejestruje komórki mózgowe w akcji, ujawniając dynamikę, która zachodzi zbyt szybko, aby można było to zaobserwować w sposób tradycyjny. Technika została przetestowana na mysiej i ludzkiej tkance mózgowej przez zespół z Johns Hopkins University School of Medicine.
Wyniki dostarczyły wysokiej jakości szczegółów na temat funkcjonowania synaps – połączeń między neuronami odpowiedzialnymi za przekazywanie sygnałów – a także zachowania pęcherzyków przenoszących komunikaty chemiczne między komórkami. Interakcje te mają fundamentalne znaczenie dla procesów poznawczych, takich jak uczenie się i pamięć.
Kluczowe wnioski: ultraszybka endocytoza
Jednym z najważniejszych odkryć była obserwacja ultraszybkiej endocytozy, procesu recyklingu, w którym zużyte pęcherzyki są eliminowane i tworzone są nowe w czasie krótszym niż 100 milisekund. Proces ten jest niezbędny do utrzymania ciągłej komunikacji neuronowej. Naukowcy zidentyfikowali także dynamin1xA jako kluczowe białko odpowiedzialne za tę endocytozę.
„To podejście może potencjalnie ujawnić dynamiczne i bardzo precyzyjne informacje na temat przemieszczania się błon synaptycznych w całych wycinkach ludzkiego mózgu” – stwierdzili naukowcy w opublikowanym artykule.
Fakt, że wyniki te były spójne zarówno w tkance myszy, jak i ludzkiej, potwierdza wykorzystanie modeli zwierzęcych w badaniach mózgu, umożliwiając pewną ekstrapolację wyników.
Konsekwencje dla choroby Parkinsona
Zrozumienie sposobu funkcjonowania synaps i pęcherzyków na tym poziomie ziarnistym może mieć kluczowe znaczenie dla odkrycia mechanizmów leżących u podstaw choroby Parkinsona. Uważa się, że śmierć neuronów w chorobie Parkinsona jest związana z dysfunkcją synaptyczną. Chociaż choroba jest złożona, technika ta może pomóc dokładnie określić, co dzieje się nie tak na poziomie molekularnym.
Zespół badawczy planuje rozszerzyć swoją pracę o analizę próbek tkanek od pacjentów z chorobą Parkinsona poddawanych operacjom mózgu, porównując aktywność pęcherzyków w mózgach zdrowych i chorych. Może to ujawnić specyficzne różnice, które przyczyniają się do postępu choroby.
Dlaczego to jest ważne
Choroba Parkinsona dotyka miliony ludzi na całym świecie i oczekuje się, że jej częstość występowania będzie wzrastać. Techniki takie jak szok i zamrażanie stanowią istotne narzędzie do mapowania aktywności mózgu w najmniejszej skali i w najkrótszych okresach czasu, co potencjalnie prowadzi do skuteczniejszych terapii. Wizualizując dynamikę błony synaptycznej w żywej tkance, naukowcy mogą lepiej zrozumieć zarówno genetyczne, jak i niegenetyczne formy tej choroby.
Opracowanie tej metody stanowi znaczący postęp w neurobiologii, otwierając nowe możliwości badania funkcji mózgu i leczenia zaburzeń neurologicznych.
