Новая техника визуализации проливает свет на мозг взрослой рыбки данио

Ученые из Корнеллского университета разработали новую технику визуализации мозга рыбки данио на всех стадиях развития. Это может иметь значение для изучения расстройств человеческого мозга, включая аутизм.

Молодые рыбки данио прозрачны, что делает их хорошими моделями для визуализации в реальном времени. Однако с возрастом они становятся непрозрачными, что не позволяло исследователям заглянуть в мозг взрослой особи.

Междисциплинарная команда из Cornell Neurotech разработала инструмент микроскопии для использования со взрослыми рыбками данио, у которых с помощью генной инженерии внедрены кальциевые сенсоры. Эти сенсоры светятся, показывая активацию нейронов.

Поскольку все позвоночные мозги в основе схожи, этот подход позволяет изучать фундаментальные принципы структуры и функции мозга, применимые ко всем позвоночным, включая человека.

"Все позвоночные мозги, в первом приближении, одинаковы, с почти всеми областями мозга, присутствующими почти у каждого позвоночного", — сказал Джозеф Фетчо, профессор нейробиологии и поведения, директор Cornell Neurotech.

Фетчо — соавтор исследования "Глубинная трехфотонная визуализация мозга интактных взрослых рыбок данио", опубликованного 27 апреля в Nature Methods. Другой старший автор — Крис Сюй, профессор прикладной инженерии и физики.

Когда нервные клетки активируются, они заполняются кальцием. Рыбки в исследованиях Фетчо генетически модифицированы для экспрессии белка, который связывается с кальцием в нервных клетках и флуоресцирует при возбуждении лазерным светом с длиной волны 480 нм.

Проблема: Одиночный фотон с длиной волны 480 нм, направленный через голову рыбки, возбуждает другие флуоресцентные белки на своем пути, размывая изображение.

Решение: Новая техника использует фотоны с длиной волны 1400 нм. Индивидуальный фотон имеет слишком большую длину волны, чтобы возбудить белки-сенсоры. Однако три таких фотона, сфокусированные в одной точке, несут достаточно суммарной энергии для возбуждения флуоресцентного белка именно в фокальной точке.

Лазер сканирует вдоль линии в мозге. Многократная визуализация параллельных линий складывается в двумерное поперечное сечение области мозга. Повторение процесса на разных глубинах дает трехмерное изображение мозговых структур.

С помощью нового инструмента исследователи теперь могут использовать рыбок, генетически модифицированных для развития версии аутизма и других расстройств, и наблюдать прогрессирование болезни с возрастом. Эти модели также можно использовать для тестирования потенциальных методов лечения.

"Это шаг... к поиску лекарств от некоторых разрушительных расстройств мозга, с которыми сталкиваются люди", — сказал Фетчо.

Лаборатория Сюя разработала технологию визуализации, а лаборатория Фетчо работала над нейробиологическими и поведенческими аспектами исследования.