Крошечные микроскопы раскрывают скрытую роль клеток нервной системы

Крошечные микроскопы раскрывают скрытую роль клеток нервной системы

Технологии визуализации Солка открывают новое окно в спинной мозг, чтобы понять тактильные и болевые ощущения.

LA JOLLA — Микроскоп размером с пенни открывает ученым новое окно в повседневную активность клеток спинного мозга. Инновационная технология показала, что астроциты — клетки нервной системы, не проводящие электрические сигналы и традиционно считавшиеся просто вспомогательными, — неожиданно реагируют на интенсивные ощущения.

Новый миниатюрный микроскоп и связанные с ним методы визуализации, описанные учеными Института Солка 28 апреля 2016 г. Природа связи, предлагают беспрецедентное понимание функции нервной системы и могут привести к новым методам лечения травм спинного мозга, хронического зуда и нейродегенеративные заболевания например, боковой амиотрофический склероз (БАС).

Спинной мозг имеет решающее значение для восприятия мира и реагирования на него. Иногда он даже работает независимо от мозга, например, когда ваша рука отдергивается от горячей плиты до того, как ощущение полностью зафиксировалось. 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 Солка Центр передовой биофотоники Уэйтта, и его команда улучшили миниатюрные микроскопы, которые они впервые описали еще в 2008 году. Новая версия исследователей, которая включает многочисленные аппаратные и программные усовершенствования, позволила им визуализировать изменения в клеточной активности бодрствующих, блуждающих мышей.

«Долгое время исследователи мечтали о том, чтобы иметь возможность записывать модели клеточной активности в спинном мозге бодрствующего животного. Вдобавок ко всему, теперь мы можем сделать это на свободно ведущем себя животном, что очень интересно», — говорит первый автор Кохей Секигути, исследователь Солка и аспирант в Университете Солка. Университет Калифорнии, 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 препятствовать стабильному просмотру клеток внутри. Однако, разработав новую микроскопию, процедурные и вычислительные подходы, команда смогла преодолеть эти проблемы и зафиксировать действие живых клеток в режиме реального времени и во время энергичных движений.

В новой работе группа обнаружила, что разные стимулы, такие как легкое прикосновение или давление, активируют разные подмножества сенсорных нейронов позвоночника. 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 опорными клетками, также реагируют на раздражители (хотя и иначе, чем нейроны). Хотя астроциты не могут посылать электрические сигналы, как нейроны, они скоординировано генерировали свои собственные химические сигналы во время интенсивных раздражителей.

Ниммерьян воодушевлен этим результатом, потому что его группа давно интересуется пониманием астроцитов и их роли в функционировании и заболеваниях нервной системы. По его словам, эти клетки все больше ценятся как важные игроки в развитии и функционировании нервной системы и могут служить многообещающими мишенями для новых лекарств.

«Теперь мы можем не только изучать нормальную сенсорную обработку, но и рассматривать контексты заболеваний, таких как повреждение спинного мозга, и то, как лечение на самом деле влияет на клетки», — говорит Ниммерьян.

В настоящее время команда работает над одновременной записью связанной с прикосновением или болью активности в головном и спинном мозге, используя дополнительные итерации миниатюрных микроскопов, которые позволяют им отслеживать и манипулировать несколькими типами клеток с еще более высоким разрешением.

Среди других исследователей статьи Павел Шехтмейстер из Института Солка, Катарина Мертен, Александр Арена, Даниэла Кук, Элизабет Хоффман и Александр Нго.

Работа поддержана грантами Национальные институты здоровья, Фонд Риты Аллен, Фонд Уайтхолла и Фонд исследований мозга; средства из Фонд Уэйтта, Фонды Херста и Семейный благотворительный фонд Ричарда Аллана Барри; и исследовательские стипендии от Фонда Накадзима, Фонд Мэри К. Чепмен, Фонд Джесси и Кэрил Филипс, Фонд Роуз Хиллз, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) и Фонд Катарины.