Мозг не так тесен, как мы думали

Швейцарские учёные с помощью инновационного метода показали, что мозг не так компактен, как считалось ранее.

Для изучения тонкой структуры мозга, включая связи между нейронами (синапсы), необходимо использовать электронные микроскопы. Однако ткань сначала нужно фиксировать, что вызывает её усушку примерно на 30%. Это искажает изображения, например, показывая нейроны гораздо ближе друг к другу, чем на самом деле.

Заморозка вместо химии

Учёные из EPFL под руководством Грэма Кнотта использовали метод криофиксации, чтобы предотвратить усушку. Метод, корни которого уходят в 1965 год, использует струи жидкого азота для мгновенной заморозки ткани коры головного мозга мыши до -90°C за миллисекунды.

Быстрая заморозка под высоким давлением предотвращает образование кристаллов льда, которые повреждают клетки. Вместо этого вода превращается в стеклообразное состояние, сохраняя исходную архитектуру ткани. Затем эту "стекловидную" воду медленно, в течение нескольких дней, заменяют сначала ацетоном, а затем смолой.

Реальная анатомия мозга

После криофиксации и подготовки ткань изучили с помощью 3D-электронной микроскопии и сравнили с мозгом, фиксированным только химическим способом.

Анализ показал:

• Объём химически фиксированного мозга был значительно меньше, с существенной потерей внеклеточного пространства — пространства вокруг нейронов.
• Вспомогательные клетки мозга астроциты казались менее связанными с нейронами и кровеносными сосудами.
• Связи между нейронами, синапсы, выглядели значительно слабее в химически фиксированном мозге по сравнению с криофиксированным.

Измерения, полученные на криофиксированной ткани, совпали с данными функциональных исследований, измеряющих время перемещения молекул в мозге. Это стало дополнительным доказательством того, что криофиксация сохраняет реальную анатомию мозга.

"Всё это показывает, что высокоскоростная криофиксация — очень привлекательный метод для визуализации мозга. В то же время это ставит под сомнение предыдущие исследования изображений, которые, возможно, придётся пересмотреть в свете новых доказательств", — говорит Грэм Кнотт.

Теперь команда планирует применить криофиксацию к другим областям мозга и типам тканей.