Учёные создали полностью прозрачный мозг

Слева мозг мыши до применения Clarity, а справа ≈ после

(фото Kwanghun Chung, Karl Deisseroth, HHMI/Stanford University) .

Взаимодействие нейронов в мышином гипоталамусе. Визуализация с использованием Clarity и флуоресцентных маркеров

(фото Kwanghun Chung and Karl Deisseroth, HHMI/Stanford University).

Трёхмерное изображение мышиного мозга после применения Clarity и введения флуоресцентных маркеров

(фото Kwanghun Chung and Karl Deisseroth, HHMI/Stanford University).

Для нейробиологии совершенно необходимы полноценные сведения о том, как функционирует каждый нейрон головного мозга в отдельности и как группы нейронов каждого отдела работают сообща.

Изучение нейронов по отдельности требует разрезания мозга на слои, однако такой метод не даёт точных данных, поскольку в процессе разрезания можно повредить аксоны — соединения между нейронами и другими клетками. С помощью некоторых методик можно изучить мозг, запуская луч света глубоко в его участки. Но и этот метод не очень эффективен, ведь большая часть света отражается липидными плёнками, которые являются оболочками каждой клетки мозга.

Чтобы избежать подобных издержек, команда учёных из Стэнфордского университета разработала принципиально новую технологию, с помощью которой можно будет получить полную картину работы нейронов головного мозга.

Квангун Чун (Kwanghun Chung), Карл Дайссерот (Karl Deisseroth) и их коллеги опробовали новый способ на мышах. Они извлекли мозг из черепной коробки животного и заполнили его прозрачным гелем, который скопился на поверхности липидных оболочек нейронов. Как только гель застыл, то принял форму мембран и создал матрицу, которая удерживает белки, ДНК и РНК на своих местах. В заключение они ввели в мозг специальное химическое вещество, которое растворило жировые плёнки, и мозг стал полностью прозрачным.

Технологию назвали Clarity (ясность). С её помощью можно подробно рассмотреть каждый нейрон, совершенно не повредив структуру мозга. Если добавить флуоресцентный маркер, то можно увидеть РНК на своём настоящем месте. Таким образом, улучшится понимание того, какие гены экспрессируются в отдельных клетках и какие функции выполняют эти клетки.
 

Разработчики утверждают в пресс-релизе, что новая технология поможет изучить не только мозг, но и любые другие органы. В ближайшем будущем можно будет делать прозрачными даже эмбрионы и опухоли, что также позволит лучше понять их работу.

На сегодняшний день учёные уже успели проверить свою методику на маленьком участке человеческого мозга — всего 0,5 миллиметров в ширину. Для изучения более крупного участка потребуются некоторые усовершенствования, ведь липидные оболочки человеческих нейронов значительно толще мышиных, а значит, их будет труднее растворить.

Джефф Лихтман (Jeff Lichtman) из Гарвардского университета комментирует нынешнее достижение так: "Эта методика будет совершенно неоценима для исследования работы мозга, как единого целого. Несмотря на то, что на первый взгляд мозг выглядит просто как пучок запутанных проводов, если рассмотреть его повнимательнее, можно увидеть, как логично и красиво собраны клетки в отделы, и как слаженно они работают".

При помощи Clarity пока трудно рассмотреть каждый отросток каждого отдельного нейрона, но зато можно увидеть, какой именно участок мозга требует пристального изучения. Тем более, что технологии исследования можно комбинировать, что явно поможет расширить знания учёных о мозге.

С результатами работы нейрофизиологов и инженеров-химиков можно ознакомиться в журнале Nature.

Также по теме:

Учёные дополнили атлас человеческого мозга информацией о генах 
Международная команда инженеров впервые взломала человеческий мозг 
Биологи выяснили, как мозг избавляется от мусора
Биологи составили детальную схему головного мозга мыши 
Компьютерная память в человеческом мозгу — уже не фантастика