Η προηγμένη απεικόνιση αποκαλύπτει βυθισμένη μετανάστευση νευρώνων σε εργαστηριακά μοντέλα του συνδρόμου Rett

Πίστωση: Δημόσιος τομέας Pixabay/CC0

Χρησιμοποιώντας μια καινοτόμο μέθοδο μικροσκοπίας, επιστήμονες στο Ινστιτούτο Μάθησης και Μνήμης Pickwer του MIT παρατήρησαν πώς οι νεογέννητοι νευρώνες δυσκολεύονται να μπουν στις σωστές τους θέσεις σε προηγμένα μοντέλα ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού του συνδρόμου Rett, οδηγώντας σε νέα γνώση για το πώς παρατηρούνται αναπτυξιακά ελλείμματα στους ασθενείς. εγκεφάλους.. Με καταστροφική διαταραχή μπορεί να εμφανιστεί.

Το σύνδρομο Rett, το οποίο χαρακτηρίζεται από συμπτώματα όπως σοβαρή διανοητική αναπηρία και κακή κοινωνική συμπεριφορά, προκαλείται από μεταλλάξεις στο γονίδιο MECP2. Για να αποκτήσουν νέα γνώση για το πώς η μετάλλαξη επηρεάζει τα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου, οι ερευνητές στο εργαστήριο Mrijanka Sor, Καθηγήτρια Νευροεπιστήμης στο Τμήμα Εγκεφάλου και Γνωστικών Επιστημών στο MIT, ανέπτυξαν τρισδιάστατες κυτταροκαλλιέργειες που ονομάζονται εγκεφαλικά οργανίδια, ή μικροεγκεφάλους, χρησιμοποιώντας κύτταρα από άτομα με μεταλλάξεις MECP2 και συγκρίνοντάς τα με πανομοιότυπες καλλιέργειες χωρίς τις μεταλλάξεις. Η ομάδα, με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Murat Yildirim, εξέτασε στη συνέχεια την ανάπτυξη κάθε τύπου μικροεγκεφάλου χρησιμοποιώντας μια προηγμένη τεχνική απεικόνισης που ονομάζεται μικροσκοπία αρμονικής παραγωγής τριών φωτονίων (THG).

Το THG, το οποίο ο Yildirim βοήθησε να γίνει πρωτοπόρος σε ένα φωτογραφικό εργαστήριο συνεργαζόμενος με τον καθηγητή μηχανολογίας του MIT Peter Sue, επιτρέπει την απεικόνιση υψηλής ανάλυσης βαθιά σε υγιή ζωντανό ιστό χωρίς να χρειάζεται να προσθέσετε χημικά για την επισήμανση των κυττάρων. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο eLife, είναι η πρώτη που χρησιμοποίησε το THG για να απεικονίσει τα οργανίδια, αφήνοντάς τα ουσιαστικά ανενόχλητα, είπε ο Yildirim. Προηγούμενες μελέτες οργανομεταλλικής απεικόνισης απαιτούσαν τη χρήση τεχνικών που δεν μπορούν να απεικονίσουν ολόκληρη τη διαδρομή μέσω τρισδιάστατου ιστού, ή μεθόδων που απαιτούν τη θανάτωση καλλιεργειών: είτε κόψιμο σε λεπτές τομές είτε αφαίρεση χημικών και επισήμανση τους.

Μια επισκόπηση της απεικόνισης THG και πώς έχει επιτρέψει νέες ανακαλύψεις σχετικά με την πρώιμη ανάπτυξη του εγκεφάλου στο σύνδρομο Rett. Πίστωση: Sur Lab / MIT Picower Institute

Το μικροσκόπιο τριών φωτονίων χρησιμοποιεί λέιζερ, αλλά ο Yildirim και έτσι έχουν σχεδιάσει ειδικά ένα εργαστηριακό μικροσκόπιο για να χρησιμοποιεί περισσότερη ισχύ στον ιστό από έναν δείκτη λέιζερ-παιχνίδι γάτας (λιγότερο από 5 milliwatts).

«Πρέπει να βεβαιωθείτε ότι δεν αλλάζετε ή επηρεάζετε τη φυσιολογία των νευρώνων με οποιονδήποτε αρνητικό τρόπο», είπε ο Γιλντιρίμ. “Πρέπει πραγματικά να διατηρήσετε τα πάντα ανέπαφα και να βεβαιωθείτε ότι δεν εισάγετε κάτι έξω που θα μπορούσε να είναι επιβλαβές. Γι’ αυτό είμαστε τόσο προσεκτικοί σχετικά με την ενέργεια (και τη χημική ονοματολογία).”

Ακόμη και σε χαμηλή ισχύ, πέτυχαν επαρκές σήμα για την επίτευξη σωστής, χωρίς ετικέτα απεικόνιση ζωντανών και σταθερών οργανισμών. Για να επαληθεύσουν ότι συνέκριναν τις εικόνες THG τους με εικόνες που έγιναν με παραδοσιακές μεθόδους χημικής επισήμανσης.

Το THG τους επέτρεψε να παρακολουθούν τη μετεγκατάσταση αρχείων νεογνικοί νευρώνες Προχωρούν από την άκρη γύρω από τους ανοιχτούς χώρους των μικροσκοπικών κόκκων (που ονομάζονται κοιλίες) προς την εξωτερική άκρη, η οποία είναι άμεσα παρόμοια με τον εγκεφαλικό φλοιό. Είδαν ότι οι θυγατρικοί νευρώνες στο σύνδρομο Rett που μοντελοποιούν τον μικρό εγκέφαλο κινούνται αργά και σε ζιγκ-ζαγκ μονοπάτια σε σύγκριση με ταχύτερη κίνηση σε πιο ευθείες γραμμές που φαίνεται από τους ίδιους τύπους κυττάρων σε μικροεγκεφάλους χωρίς τη μετάλλαξη MECP2. Ο Sohr είπε ότι οι συνέπειες αυτού του μεταναστευτικού ελλείμματος είναι συνεπείς με αυτό που οι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του εργαστηρίου του, έχουν υποθέσει ότι συμβαίνουν σε έμβρυα με σύνδρομο Rett.

«Γνωρίζουμε από μεταθανάτιους εγκεφάλους και μεθόδους απεικόνισης εγκεφάλου ότι τα πράγματα πάνε στραβά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ανάπτυξη του εγκεφάλου «Στο σύνδρομο Rett, αλλά ήταν απίστευτα δύσκολο να γνωρίζουμε τι και γιατί», είπε ο Suhr, ο οποίος διευθύνει το Κέντρο Simmons για τον Κοινωνικό Εγκέφαλο στο MIT. «Αυτή η μέθοδος μας επέτρεψε να οπτικοποιήσουμε άμεσα έναν σημαντικό συντελεστή».

Ο Yildirim είπε ότι η THG απεικονίζει ιστούς χωρίς ετικέτες επειδή είναι πολύ ευαίσθητοι σε αλλαγές στον δείκτη διάθλασης του υλικού. Έτσι διαλύει τα όρια μεταξύ βιολογικών δομών, όπως τα αιμοφόρα αγγεία, οι κυτταρικές μεμβράνες και οι εξωκυτταρικοί χώροι. Επειδή τα νευρόμορφα αλλάζουν καθώς αναπτύσσονται, η ομάδα μπόρεσε επίσης να δει ξεκάθαρα την οριοθέτηση μεταξύ της κοιλιακής ζώνης (η περιοχή γύρω από τις κοιλίες όπου αναδύονται οι νεογέννητοι νευρώνες) και το φλοιώδες έλασμα (η περιοχή όπου εγκαθίστανται οι ώριμοι νευρώνες). Ήταν επίσης πολύ εύκολο να διαλυθούν πολλές κοιλίες και να διαιρεθούν σε διακριτές περιοχές.

Αυτά τα χαρακτηριστικά επέτρεψαν στους ερευνητές να δουν ότι οι κοιλίες στο οργανικό σύνδρομο Rett ήταν μεγαλύτερες και πολυάριθμες και ότι οι κοιλιακές περιοχές – τα χείλη γύρω από τις κοιλίες όπου γεννιούνται οι νευρώνες – ήταν πιο λεπτές. Σε ζωντανούς οργανισμούς, μπόρεσαν να παρακολουθήσουν μερικούς από τους νευρώνες που έμπαιναν στον εγκεφαλικό φλοιό μέσα σε λίγες μέρες, παίρνοντας μια νέα εικόνα κάθε 20 λεπτά, όπως προσπαθούν να κάνουν οι νευρώνες σε πραγματικούς, αναπτυσσόμενους εγκεφάλους. Είδαν ότι οι νευρώνες στο σύνδρομο Rett πέτυχαν μόνο περίπου τα δύο τρίτα της ταχύτητας των μη μετασχηματισμένων νευρώνων. Τα μονοπάτια των νευρώνων Rett ήταν σημαντικά πιο κυμαινόμενα. Σε συνδυασμό, οι δύο διαφορές σημαίνουν ότι τα κύτταρα Rett μόλις μειώθηκαν στο μισό.

«Τώρα θέλουμε να μάθουμε πώς το MECP2 επηρεάζει τα γονίδια και τα μόρια που επηρεάζουν τη μετανάστευση των νευρώνων», είπε ο Sohr. «Με την εξέταση των οργανιδίων του συνδρόμου Rett, έχουμε μερικές καλές εικασίες, τις οποίες ανυπομονούμε να δοκιμάσουμε». Ο Γιλντιρίμ, ο οποίος θα ξεκινήσει το δικό του εργαστήριο ως επίκουρος καθηγητής στο Ινστιτούτο Ερευνών Λέρνερ στην κλινική του Κλίβελαντ τον Σεπτέμβριο, είπε ότι έχει νέες ερωτήσεις με βάση τα ευρήματα. Θέλει να απεικονίσει αργότερα στην οργανική εξέλιξη για να εντοπίσει τις συνέπειες της μαιανδρικής μετανάστευσης. Θέλει επίσης να μάθει περισσότερα για το εάν ορισμένοι τύποι κυττάρων δυσκολεύονται να μεταναστεύσουν περισσότερο ή λιγότερο, κάτι που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που λειτουργούν τα κυκλώματα του φλοιού.

Ο Γιλντιρίμ είπε επίσης ότι ελπίζει να συνεχίσει να αναπτύσσει το μικροσκόπιο τριών φωτονίων της THG, το οποίο βλέπει ότι έχει τη δυνατότητα να απεικονίσει με ακρίβεια τους κόκκους στον άνθρωπο. Μπορεί να είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για τους ανθρώπους, ειδικά καθώς η μέθοδος απεικόνισης μπορεί να διεισδύσει στον ζωντανό ιστό χωρίς την ανάγκη βιομηχανικών ετικετών.


Αποκάλυψη του γενετικού μηχανισμού πίσω από το σύνδρομο Rett


περισσότερες πληροφορίες:
Murat Yildirim et al, Απεικόνιση τριών φωτονίων χωρίς ετικέτα άθικτων οργανιδίων ανθρώπινου εγκεφάλου για την παρακολούθηση πρώιμων συμβάντων στην ανάπτυξη του εγκεφάλου και ελλειμμάτων στο σύνδρομο Rett, eLife (2022). DOI: 10.7554 / eLife.78079

Πληροφορίες περιοδικού:
eLife

το απόσπασμα: Advanced Imaging Reveals Sunken Migration of Neurons in Laboratory Models of Rett Syndrome (2022, 29 Ιουλίου), Ανακτήθηκε στις 29 Ιουλίου 2022 από https://medicalxpress.com/news/2022-07-advanced-imaging-reveals-mired- migration.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Αστρονομικό ημερολόγιο: Σημειώσεις στον ουρανό το 2021

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *