człowiek
Autor: Karl Deisseroth | dodano: 2016-10-19
Zajrzeć w głąb mózgu

NOWE EKSPERYMENTALNE PODEJŚCIE Z POGRANICZA CHEMII I BIOLOGII POZWALA NAUKOWCOM ZAJRZEĆ W NAJGŁĘBSZE ZAKĄTKI GŁÓWNEGO UKŁADU STERUJĄCEGO ORGANIZMEM

Nasz układ nerwowy jest niczym arras, utkany z łączących się ze sobą nici. Te nici – wychodzące z neuronów cienkie włókna, nazywane aksonami – przenoszą informacje elektryczne pomiędzy komórkami nerwowymi. Sięgające daleko aksony, niczym nici osnowy w tkaninie, przeplatają się z „wątkiem”: aksonami, które biegną w tę i z powrotem na krótkie dystanse, transmitując sygnały niezbędne do dokonywania obliczeń.

Chcąc zrozumieć wewnętrzną pracę mózgu, naukowcy muszą rozszyfrować budowę tego neuronalnego arrasu na poziomie poszczególnych elementów, takich jak pojedynczy akson. Jednak dla zrozumienia roli aksonu potrzebują także spojrzenia ogólnego, obejmującego cały mózg; nie mogą przy tym stracić z oczu pojedynczej nitki aksonu i kontekstu, w  jakim on funkcjonuje. Uzyskanie takiej perspektywy wymaga specjalnych narzędzi, ponieważ mózg nie jest ani płaski, jak tkanina, ani też przezroczysty. Cząsteczki tłuszczów (lipidów) w mózgu, szczególnie te w błonach komórkowych, powodują rozpraszanie światła i znacząco utrudniają wgląd dalej niż do wierzchniej warstwy komórek, skrywając głębsze obszary mózgu.

Obecnie pojawiła się jednak nowa technika otwierająca przed neurobiologami fascynujące możliwości i pozwalająca im obserwować nienaruszony mózg – określać trajektorie i właściwości molekularne poszczególnych włókien odpowiedzialnych za pracę mózgu. Metoda ta opiera się na chemii hydrożeli – polimerów, tworzących trójwymiarową sieć łączących się ze sobą przedziałów, zdolnych do zatrzymywania wody.

Wykorzystuje się ją do tworzenia w tkankach biologicznych trójwymiarowych polimerowych endoszkieletów. W tym trójetapowym procesie najpierw w organizmie zwierzęcia laboratoryjnego lub w samym ludzkim mózgu post mortem formuje się transparentny żel, zabezpieczający bogate w informacje kluczowe części narządu, w tym białka i kwasy nukleinowe (DNA i RNA). Następnie usuwa się składniki tkanek, które nie interesują badaczy albo rozpraszają światło, takie jak lipidy. Wreszcie, poprzez wprowadzanie licznych znaczników fluorescencyjnych i innych markerów do całej tej struktury – żel jest nie tylko transparentny, ale też zaprojektowany tak, aby możliwe było jego szybkie nasączenie znacznikami – naukowcy mogą podświetlać i bezpośrednio wizualizować w wysokiej rozdzielczości interesujące ich włókna i cząsteczki.

Ta niedawno uzyskana możliwość obserwacji wnętrza głównego systemu sterującego organizmem prowadzi do licznych odkryć. Badacze wykorzystują ją, by łączyć postać fizyczną szlaków neuronalnych z ich behawioralną funkcją. Pozwoliła także wyjaśnić procesy, które leżą u podłoża chorób Parkinsona i Alz­heimera, a także stwardnienia rozsianego, autyzmu, uzależnień od narkotyków oraz zaburzeń lękowych. Powstała też firma, badająca zastosowania hydrożelu tkankowego w diagnostyce nowotworów. Metoda ta jest obecnie stosowana poza mózgiem, w różnych narządach i tkankach.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 11/2016 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
06/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Maj
29
W 1966 r. radziecka sonda Łuna 10 rozbiła się o powierzchnię Księżyca.
Warto przeczytać
Historia Polski pełna jest mitów, półprawd, przemilczeń i niedomówień. Różne jej wątki bywały w ciągu wieków retuszowane, poprawiane i wygładzane, by w końcu przybrać postać miłej dla ucha opowieści – stawały się narodowymi mitami.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Karl Deisseroth | dodano: 2016-10-19
Zajrzeć w głąb mózgu

NOWE EKSPERYMENTALNE PODEJŚCIE Z POGRANICZA CHEMII I BIOLOGII POZWALA NAUKOWCOM ZAJRZEĆ W NAJGŁĘBSZE ZAKĄTKI GŁÓWNEGO UKŁADU STERUJĄCEGO ORGANIZMEM

Nasz układ nerwowy jest niczym arras, utkany z łączących się ze sobą nici. Te nici – wychodzące z neuronów cienkie włókna, nazywane aksonami – przenoszą informacje elektryczne pomiędzy komórkami nerwowymi. Sięgające daleko aksony, niczym nici osnowy w tkaninie, przeplatają się z „wątkiem”: aksonami, które biegną w tę i z powrotem na krótkie dystanse, transmitując sygnały niezbędne do dokonywania obliczeń.

Chcąc zrozumieć wewnętrzną pracę mózgu, naukowcy muszą rozszyfrować budowę tego neuronalnego arrasu na poziomie poszczególnych elementów, takich jak pojedynczy akson. Jednak dla zrozumienia roli aksonu potrzebują także spojrzenia ogólnego, obejmującego cały mózg; nie mogą przy tym stracić z oczu pojedynczej nitki aksonu i kontekstu, w  jakim on funkcjonuje. Uzyskanie takiej perspektywy wymaga specjalnych narzędzi, ponieważ mózg nie jest ani płaski, jak tkanina, ani też przezroczysty. Cząsteczki tłuszczów (lipidów) w mózgu, szczególnie te w błonach komórkowych, powodują rozpraszanie światła i znacząco utrudniają wgląd dalej niż do wierzchniej warstwy komórek, skrywając głębsze obszary mózgu.

Obecnie pojawiła się jednak nowa technika otwierająca przed neurobiologami fascynujące możliwości i pozwalająca im obserwować nienaruszony mózg – określać trajektorie i właściwości molekularne poszczególnych włókien odpowiedzialnych za pracę mózgu. Metoda ta opiera się na chemii hydrożeli – polimerów, tworzących trójwymiarową sieć łączących się ze sobą przedziałów, zdolnych do zatrzymywania wody.

Wykorzystuje się ją do tworzenia w tkankach biologicznych trójwymiarowych polimerowych endoszkieletów. W tym trójetapowym procesie najpierw w organizmie zwierzęcia laboratoryjnego lub w samym ludzkim mózgu post mortem formuje się transparentny żel, zabezpieczający bogate w informacje kluczowe części narządu, w tym białka i kwasy nukleinowe (DNA i RNA). Następnie usuwa się składniki tkanek, które nie interesują badaczy albo rozpraszają światło, takie jak lipidy. Wreszcie, poprzez wprowadzanie licznych znaczników fluorescencyjnych i innych markerów do całej tej struktury – żel jest nie tylko transparentny, ale też zaprojektowany tak, aby możliwe było jego szybkie nasączenie znacznikami – naukowcy mogą podświetlać i bezpośrednio wizualizować w wysokiej rozdzielczości interesujące ich włókna i cząsteczki.

Ta niedawno uzyskana możliwość obserwacji wnętrza głównego systemu sterującego organizmem prowadzi do licznych odkryć. Badacze wykorzystują ją, by łączyć postać fizyczną szlaków neuronalnych z ich behawioralną funkcją. Pozwoliła także wyjaśnić procesy, które leżą u podłoża chorób Parkinsona i Alz­heimera, a także stwardnienia rozsianego, autyzmu, uzależnień od narkotyków oraz zaburzeń lękowych. Powstała też firma, badająca zastosowania hydrożelu tkankowego w diagnostyce nowotworów. Metoda ta jest obecnie stosowana poza mózgiem, w różnych narządach i tkankach.