En ny teknik gør en musehjerne (uigennemsigtig, til venstre) helt gennemsigtig (til højre) for lettere billedbehandling. Billede af Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Den menneskelige hjerne er en af de mest komplekse objekter i det kendte univers. Pakket i kun 3 pund kød (i gennemsnit) er en samling af cirka 86 milliarder sammenkoblede neuroner, der danner utallige komplicerede netværk, der udgør essensen af din personlighed.
En bevaret hjerne på et undersøgelsesbord formidler imidlertid ingen af denne kompleksitet: Den ser mere eller mindre ud som en bunke af gråt kød, fordi vi ikke kan se gennem de ydre cellers membraner for at se de individuelle neuroner inde.
Dette problem er motivationen bag en ny teknik, udviklet et Stanford-team ledet af Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, for at gøre bevarede hjerner helt gennemsigtige for lys. Ved at gøre det og derefter bruge specialiserede kemiske markører, der er knyttet til visse typer celler, skabte de en måde at se hele hjerner i al deres komplekse, sammenkoblede pragt. En sådan kompleksitet ses let i musehjernen, der er afbildet nedenfor, hvor visse typer neuroner er blevet mærket med et fluorescerende grønt farvestof:
En gennemsigtig musehjerne injiceret med et grønt farvestof, der fastgøres til neuronceller. Billede af Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Forskerne siger, at deres teknik, der blev annonceret i et papir, der blev offentliggjort i dag i Nature, fungerer til konserverede menneskelige hjerner såvel som mus fra mus, og de kan også anvendes til mange andre typer organer. Metoden drager fordel af det faktum, at organernes farve - og dermed grunden til, at de ikke er klar - helt og holdent skyldes fedtmolekylerne, der udgør hver celles membran.
I en levende hjerne bevarer disse molekyler organets strukturelle integritet. Men i en konserveret hjerne skjuver de den indre struktur fra synet. For at løse dette problem fyldte forskerne de eksperimentelle musehjerner med hydrogeler - som binder til de funktionelle elementer i cellerne (proteiner og DNA), men ikke fedtmolekylerne - og danner et gelélignende net, der bevarer den oprindelige struktur. Derefter fjernede de fedtmolekylerne med et vaskemiddel, hvilket gjorde organet helt gennemsigtigt.
Produktion af en fuldstændig intakt, gennemsigtig musehjerne (som vist på billedet øverst) skaber alle mulige interessante billedmuligheder. Når fedtmolekylerne skylles ud, skjules elementerne af eksperimentel eller klinisk interesse (for eksempel neuronetværk eller gener) ikke længere af cellemembraner. (På meget samme måde bruges zebrafisk med deres gennemsigtige embryoner stærkt inden for mange områder af biologisk forskning.)
For at se aspekterne klart tilføjede forskerne farvede kemiske markører, der specifikt fastgøres til visse slags molekyler. Når dette er gjort, kan forskere undersøge dem med et konventionelt lysmikroskop eller kombinere flere billeder fra digitale mikroskoper for at skabe en 3D-gengivelse.
Foruden musehjernen udførte forskerteamet proceduren på små stykker af en afdød autistisk persons hjerne, der havde været i opbevaring i 6 år. Med specialiserede kemiske markører kunne de spore individuelle neuroner på tværs af store vævskår. De fandt også atypiske stige-lignende neuronstrukturer, der også er blevet set i hjernen hos dyr med autismelignende symptomer.
Denne slags detaljerede analyser har tidligere kun været muligt ved omhyggeligt at undersøge små skiver af hjernen med et mikroskop for at udlede et fuldt tredimensionelt billede. Men nu kan sammenhænge mellem forskellige dele af hjernen ses på et bredere niveau.
Det faktum, at teknikken fungerer på alle former for væv, kunne åbne mange nye muligheder for forskning: analyse af et organs signalmolekylveje, klinisk diagnose af sygdom i en biopsiprøve, og naturligvis en mere detaljeret undersøgelse af neuronforholdene og netværk, der udgør den menneskelige hjerne. For mere kan du se videoen nedenfor, takket være Nature Video :
