SiNAPSA, ponedeljek, 20. november 2017

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Clarity - bistri možgani Karla Deisserotha

Gregor Belušič

Sledenje povezavam med živčnimi celicami v možganih sesalcev je eden osrednjih izzivov nevroanatomije in temelj za razumevanje delovanja živčnih mrež.

Gregor Belušič Sodobne nevroanatomske raziskovalne metode nudijo vpogled v strukturo in funkcijo na različnih velikostnih ravneh, v vse večji meri omogočajo ohranjanje integritete preparata, obenem pa dovoljujejo sofisticirano eksperimentalno poseganje v nevrone v vseh fazah raziskovalnega dela.

Izmed takšnih metod izstopa zlasti Clarity, biokemijski postopek bistrenja nevroanatomskih preparatov, ki ga je nedavno predstavila raziskovalna skupina z Univerze Stanford v ZDA pod vodstvom Karla Deisserotha, sicer znanega kot očeta optogenetike. Pri postopku Clarity makroskopske preparate živčevja najprej po vsej globini zamrežijo z obstojnim polimernim molekulskim skeletom, ki celice ohrani v naravni prostorski postavitvi. Zatem z detergentom in električnim tokom odstranijo lipidne ovojnice, ki sicer sipajo svetlobo in zastirajo pogled v globlje plasti preparatov.

Rezultat so popolnoma prosojni preparati živčevja, ki omogočajo globoko penetracijo svetlobe in s tem aplikacijo svetlobne mikroskopije na nivoju resnično velikih, milimetrskih preparatov. Obenem pa skelet iz hidrogela omogoča sorazmerno hiter prehod makromolekulam, tako tudi histokemijskim markerjem, s katerimi označujejo proteine in nukleinske kisline.

S postopkom molekulske fenotipizacije lahko vizualizirajo in prepoznajo značilne molekule na posameznih tipih nevronov, celične strukture od organelov, sinaps, razvejitve živčnih izrastkov, vse do organizacije celic v populacije ter interakcij med nevroni in ostalimi celicami. Na ta način lahko določajo položaj in povezljivost nevronov v preparatih, kakršni so celotni mišji možgani, ali pa rezine človeških možganov. V zbistrenih post-mortem preparatih človeških možganov lahko sledijo celotni razvejitvi povezav posameznih nevronov, zato lahko že v prvi, metodološki objavi o Clarity beremo o odkritju nenavadnih, lestvičastih vzorcih sinaps pri pokojniku, ki je imel diagnozo motnje avtističnega spektra.

Avtorji takoj postrežejo tudi s tridimenzionalnim vpogledom v možgane modelnih organizmov, kot sta miš in cebrica. Natančnost vpogleda je omejena z ločljivostjo svetlobnega mikroskopa oziroma njegovih naprednih izvedenih tehnik (SPIM, strukturirana osvetlitev ipd.), globina vpogleda pa s sposobnostjo obdelave ogromnih količin anatomskih podatkov, ki jih proizvaja Clarity.

Vznemirljiva in več kot obetavna metoda je zelo nazorno in podrobno predstavljena na spletni strani laboratorija ter se živahno razvija znotraj velike skupnosti raziskovalcev z vsega sveta, ki so jo posvojili takoj po predstavitvi maja 2013.

Viri:

  • Chung K, Deisseroth K. (2013). CLARITY for mapping the nervous system. Nat Methods 10(6):508-13

  • Chung K, Wallace J, Kim SY, Kalyanasundaram S, Andalman AS, Davidson TJ, Mirzabekov JJ, Zalocusky KA, Mattis J, Denisin AK, Pak S, Bernstein H, Ramakrishnan C, Grosenick L, Gradinaru V, Deisseroth K. (2013) Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature. 497(7449):332-7.

doc. dr. Gregor Belušič
Katedra za fiziologijo, antropologijo in etologijo, Biotehniška fakulteta, Univerza v Ljubljani