Прозрачные плодовые мушки
В Венском техническом университете разработан метод просветления тканей для насекомых, что является особенно сложной задачей. С помощью усовершенствованного светового микроскопа (ультрамикроскопа) теперь можно получать высокодетализированные изображения сложных нейронных сетей, помеченных флуоресцентными молекулами. Метод опубликован в журнале Nature Communications.
Флуоресцентные молекулы и ультрамикроскопия
Исследователи используют генную инженерию для введения в нервную ткань специальных молекул, которые затем можно заставить флуоресцировать. Для их визуализации без повреждения ткани применяется ультрамикроскопия. Прозрачная ткань послойно освещается лазерным лучом, сформированным в двумерную световую плоскость, которая возбуждает флуоресцентные молекулы строго в этой плоскости. Из двумерных кадров создаётся трёхмерная модель.
Сложность работы с насекомыми
Объектом исследования выбрана плодовая мушка drosophila melanogaster из-за её важности для изучения нервной системы. Однако разработка подходящего метода просветления для насекомых была затруднена:
- Химические вещества, делающие ткань прозрачной, ранее разрушали флуоресцентные маркеры.
- Ткань насекомых содержит хитин, который сложно сделать прозрачным.
- У дрозофилы особенно устойчивые пигменты в глазах.
Команде TU Wien совместно с Венским университетом и Медицинским университетом удалось найти способ сделать мушек drosophila полностью прозрачными, не разрушая флуоресцентные маркерные молекулы, с помощью улучшенных химических смесей.
Усовершенствование микроскопа
Оптические улучшения ультрамикроскопа, внесённые Саиде Сагхафи (TU Wien), позволили:
- Уменьшить толщину светового слоя с ~10 микрометров до 3 мкм при сохранении равномерности на большой площади.
- Оснастить микроскоп дополнительной линзой, меняющей фокус, что позволяет получать чёткие изображения на глубине до сантиметра в ткани.
Значение для науки
Новая техника поможет изучить коннектом дрозофилы — схему взаимосвязей в нервной системе, "электрическую принципиальную схему" животного, которую можно соотнести с её поведенческими паттернами.
Кроме того, drosophila идеальна для анализа генов, вызывающих нейродегенеративные заболевания у человека, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Прозрачные мушки предоставляют уникальную возможность понять сложные изменения в различных областях нервной системы во время нейродегенерации.