Новый миниатюрный микроскоп и связанные с ним методы визуализации, описанные учеными Института Солка 28 апреля 2016 года в Nature Communications, предлагают беспрецедентное понимание функции нервной системы и могут привести к новым методам лечения боли при травмах спинного мозга, хроническом зуде и нейродегенеративных заболеваниях, таких как амиотрофические заболевания. боковой склероз (БАС).Спинной мозг имеет решающее значение для восприятия мира и реакции на него.
Иногда это даже работает независимо от мозга, например, когда ваша рука отскакивает от горячей плиты до того, как ощущение полностью зарегистрировано. Но точно неизвестно, как клетки спинного мозга кодируют эти и другие ощущения от кожи или внутренних органов.
В новом исследовании старший автор Аксель Ниммерьян, доцент Центра продвинутой биофотоники Вэйтта Солка, и его команда улучшили миниатюрные микроскопы, которые они впервые описали еще в 2008 году. Новая версия исследователей, которая включает в себя многочисленные аппаратные и программные улучшения. -позволяет им визуализировать изменения в клеточной активности бодрствующих бродячих мышей.«В течение долгого времени исследователи мечтали о возможности записывать паттерны клеточной активности в спинном мозге бодрствующего животного.
Вдобавок ко всему, теперь мы можем делать это на свободно ведущем животном, что очень интересно», — говорит первый автор Кохей Секигучи, исследователь Солка и аспирант Калифорнийского университета в Сан-Диего.Большая часть предыдущей работы команды Солка была сосредоточена на использовании микроскопов для наблюдения за мозгом живых животных. Спинной мозг, напротив, представлял большую проблему по нескольким причинам. Например, в отличие от головного мозга, спинной мозг окружают несколько независимо движущихся позвонков.
Спинной мозг также находится ближе к пульсирующим органам (сердцу и легким), что может мешать стабильному обзору клеток внутри. Однако, разработав новую микроскопию, а также процедурные и вычислительные подходы, команда смогла преодолеть эти проблемы и зафиксировать действие живых клеток в реальном времени и во время энергичных движений.В новой работе группа обнаружила, что различные стимулы, такие как легкое прикосновение или давление, активируют различные подмножества сенсорных нейронов спинного мозга. Они также обнаружили, что определенные характеристики, такие как интенсивность или продолжительность данного стимула, отражаются на активности нейронов.
К удивлению ученых, астроциты, которые традиционно считались пассивными поддерживающими клетками, также реагируют на стимулы (хотя и иначе, чем нейроны). Хотя астроциты не могут посылать электрические сигналы, как нейроны, они генерируют свои собственные химические сигналы скоординированным образом во время интенсивных стимулов.Ниммерьян воодушевлен этим результатом, потому что его группа давно заинтересована в понимании астроцитов и их роли в функционировании нервной системы и болезнях. По его словам, эти клетки все больше становятся важными участниками процесса развития и функционирования нервной системы и могут служить многообещающими мишенями для новых лекарств.
«Теперь мы можем не только изучать нормальную сенсорную обработку, но и изучать контексты заболеваний, например, травмы спинного мозга, и то, как лечение на самом деле влияет на клетки», — говорит Ниммерьян.В настоящее время команда работает над одновременной записью сенсорной или связанной с болью активности в головном и спинном мозге с использованием дополнительных итераций миниатюрных микроскопов, которые позволяют им контролировать и управлять несколькими типами клеток с еще более высоким разрешением.