Ученые впервые проследили за работой живых нервных клеток в мозге мыши

Немецкие биологи смогли проследить за работой живых нервных клеток в мозге мыши, приспособив для этих целей одну из новых методик наблюдения – микроскопию вынужденного ослабления изучения (STED), что позволило им изучить процесс формирования и распада мельчайших элементов нейронов – так называемых дендритовых шипиков.

Методику и свои предварительные выводы группа ученых под руководством Штефана Хелля (Stefan Hell) из Института биофизической химии общества имени Макса Планка в городе Геттинген (Германия) опубликовала в статье в журнале Science.

На сегодня существует множество способов наблюдать за работой мозга животных на уровне отдельных клеток, не вмешиваясь в их работу. Как правило, ученые встраивают в геном нейронов несколько генов, заставляющих их вырабатывать белки, которые светятся при облучении лазером. Как правило, разрешающая способность этих методов наблюдения ограничена половиной длины волны видимого света – 200–300 нанометров.

Хелль и его коллеги использовали относительно новую методику – STED-микроскопию, которая позволяет в теории достичь сверхвысокой разрешающей способности – 5–6 нанометров. Такой способ является логическим продолжением «обычной» люминесцентной микроскопии. Согласно этому методу, клетки облучаются лазером не один, а два раза.

Как объясняют ученые, первичный импульс излучения возбуждает молекулы светящегося вещества в самой клетке и в окружающем пространстве. Затем края светового пятна обрабатываются другим импульсом излучения, который вынуждает белковые цепочки «сбросить» фотоны и прекратить излучение. Такой прием позволяет обойти ограничения, которые накладываются длиной волны света: на финальном изображении остаются подсвеченными только «нужные» фрагменты картинки.

По словам исследователей, это позволило им достичь самой высокой на сегодня разрешающей способности – 70 нанометров на пиксель. Для проверки изобретения ученые проследили за активностью нейронов в теменной доле мозга мыши, где находится центры осязания и пространственной ориентации.

В своем эксперименте биологи использовали шесть лабораторных мышей, нейроны которых выделяли белок желтой флуоресценции. Для наблюдения за работой мозга они усыпили грызунов, просверлили отверстие в черепных коробках и поместили их в экспериментальный микроскоп.

Высокое разрешение позволило ученым рассмотреть дендритовые шипики и другие мельчайшие элементы нейронов. Наблюдения показали, что

шипики не обладают постоянной структурой и регулярно меняют свою форму, вырастают или исчезают в течение нескольких минут или получаса.

Ученые полагают, что их методика может быть использована для наблюдения за работой нейронов в мозге молодых грызунов или для изучения последствий болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний.

Источник