Дослідники розробили новаторську техніку під назвою «шок і заморозка», яка дозволяє вченим спостерігати за активністю клітин мозку в безпрецедентних деталях. Техніка передбачає швидку стимуляцію нейронів електрикою, а потім їх швидке заморожування, зберігаючи для детального вивчення. Мета полягає в тому, щоб отримати уявлення про неврологічні захворювання, такі як хвороба Паркінсона, де порушена передача сигналів відіграє вирішальну роль.
Як працює метод удару та заморожування
Процес поєднує електростимуляцію з надшвидким кріогенним заморожуванням під високим тиском. Ця техніка фіксує клітини мозку в дії, виявляючи динаміку, яка відбувається надто швидко для традиційного спостереження. Методика була випробувана на тканинах мозку миші та людини командою з Медичної школи університету Джона Гопкінса.
Результати надали високоякісні деталі функціонування синапсів — зв’язків між нейронами, відповідальними за передачу сигналів, а також поведінку везикул, які передають хімічні повідомлення між клітинами. Ці взаємодії є фундаментальними для когнітивних процесів, таких як навчання та пам’ять.
Ключові висновки: надшвидкий ендоцитоз
Одним із найважливіших відкриттів було спостереження за надшвидким ендоцитозом, процесом переробки, під час якого використані везикули видаляються, а нові створюються менш ніж за 100 мілісекунд. Цей процес необхідний для підтримки безперервного нейронного зв’язку. Дослідники також визначили dynamin1xA як ключовий білок, що стимулює цей ендоцитоз.
«Цей підхід має потенціал для виявлення динамічної, високоточної інформації про обмін синаптичними мембранами в цілих зрізах людського мозку», — заявили дослідники в своїй опублікованій статті.
Той факт, що ці знахідки були послідовними як для мишачої, так і для людської тканини, підтверджує використання тваринних моделей у дослідженнях мозку, що дозволяє впевнено екстраполювати результати.
Наслідки для хвороби Паркінсона
Розуміння того, як синапси та везикули функціонують на цьому гранульованому рівні, може мати вирішальне значення для розкриття механізмів, що лежать в основі хвороби Паркінсона. Вважається, що смерть нейронів при хворобі Паркінсона пов’язана із синаптичною дисфункцією. Хоча хвороба є складною, ця методика може допомогти точно визначити, що йде не так на молекулярному рівні.
Дослідницька група планує розширити свою роботу, аналізуючи зразки тканин пацієнтів із хворобою Паркінсона, які перенесли операцію на мозку, порівнюючи активність везикул у здоровому та хворому мозку. Це може виявити специфічні відмінності, які сприяють прогресуванню захворювання.
Чому це важливо
Хвороба Паркінсона вражає мільйони людей у всьому світі, і очікується, що її поширеність зростатиме. Такі методи, як шок і заморожування, пропонують життєво важливий інструмент для картографування активності мозку в найдрібніших масштабах і за найкоротші періоди часу, що потенційно може призвести до більш ефективного лікування. Візуалізуючи динаміку синаптичної мембрани в живій тканині, вчені можуть краще зрозуміти як генетичні, так і негенетичні форми цього стану.
Розвиток цього методу є значним прогресом у нейронауці, що відкриває нові можливості для вивчення функції мозку та лікування неврологічних розладів.
