Μια νέα τεχνική καθιστά τον εγκέφαλο του ποντικιού (αδιαφανές, στα αριστερά) εντελώς διαφανή (δεξιά) για ευκολότερη απεικόνιση. Εικόνα από τους Kwanghun Chung και Karl Deisseroth, Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes / Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ένα από τα πιο σύνθετα αντικείμενα στο γνωστό σύμπαν. Συσκευασμένο σε μόλις 3 κιλά σάρκας (κατά μέσο όρο) είναι μια συγκρότηση περίπου 86 δισεκατομμυρίων διασυνδεδεμένων νευρώνων, σχηματίζοντας αμέτρητα πολύπλοκα δίκτυα που αποτελούν την ουσία της προσωπικότητάς σας.
Ένας συντηρημένος εγκέφαλος σε ένα τραπέζι εξέτασης, όμως, δεν μεταφέρει καμία από αυτήν την πολυπλοκότητα: Φαίνεται, λίγο πολύ, σαν ένα σωρό γκρίζου κρέατος, επειδή δεν μπορούμε να δούμε μέσα από τις μεμβράνες των εξωτερικών κελιών να δούμε τους μεμονωμένους νευρώνες μέσα.
Το πρόβλημα αυτό είναι το κίνητρο πίσω από μια νέα τεχνική, ανέπτυξε μια ομάδα του Στάνφορντ με επικεφαλής τον Kwanghun Chung και τον Karl Deisseroth, για να καταστήσει τους διατηρημένους εγκεφάλους εντελώς διαφανείς στο φως. Με αυτόν τον τρόπο και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας εξειδικευμένους χημικούς δείκτες που προσκολλώνται σε συγκεκριμένα είδη κυττάρων, δημιούργησαν έναν τρόπο να δουν ολόκληρους τους εγκεφάλους σε όλη τους τη σύνθετη, διασυνδεδεμένη μεγαλοπρέπεια. Αυτή η πολυπλοκότητα είναι εύκολα αντιληπτή στον εγκέφαλο ποντικού που απεικονίζεται παρακάτω, στον οποίο ορισμένα είδη νευρώνων έχουν επισημανθεί με μια φθορίζουσα πράσινη βαφή:
Ένα διαφανές ποντίκι στον εγκέφαλο που εγχύεται με μια πράσινη βαφή που προσκολλάται στα κύτταρα των νευρώνων. Εικόνα από τους Kwanghun Chung και Karl Deisseroth, Ιατρικό Ινστιτούτο Howard Hughes / Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ
Οι επιστήμονες λένε ότι η τεχνική τους, η οποία ανακοινώθηκε σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε σήμερα στη Φύση, εργάζεται για διατηρημένους ανθρώπινους εγκεφάλους καθώς και για ποντικούς και μπορεί να εφαρμοστεί και σε πολλά άλλα είδη οργάνων. Η μέθοδος εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι το χρώμα των οργάνων - και επομένως ο λόγος που δεν είναι σαφής - οφείλεται εξ ολοκλήρου στα λιπαρά μόρια που αποτελούν τη μεμβράνη κάθε κυττάρου.
Σε ένα ζωντανό εγκέφαλο, αυτά τα μόρια διατηρούν τη δομική ακεραιότητα του οργάνου. Αλλά σε ένα διατηρημένο εγκέφαλο, αποκρύπτουν την εσωτερική δομή από την άποψη. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, οι ερευνητές συμπλήρωσαν τους πειραματικούς εγκεφάλους ποντικιών με υδρογέλες, οι οποίες συνδέονται με τα λειτουργικά στοιχεία των κυττάρων (πρωτεΐνες και ϋΝΑ) αλλά όχι με τα μόρια λίπους και σχηματίζουν ένα πλέγμα όπως το ζελέ που διατηρεί την αρχική δομή. Στη συνέχεια, απομάκρυναν τα μόρια λίπους με ένα απορρυπαντικό, καθιστώντας το όργανο εντελώς διαφανές.
Η παραγωγή ενός πλήρως άθικτου, διαφανούς εγκεφάλου ποντικιού (όπως φαίνεται στην εικόνα στην κορυφή) δημιουργεί κάθε είδους ενδιαφέρουσες ευκαιρίες απεικόνισης. Με τα μόρια λίπους να ξεπλένονται, τα στοιχεία πειραματικού ή κλινικού ενδιαφέροντος (π.χ. δίκτυα ή γονίδια νευρώνων) δεν καλύπτονται πλέον από τις κυτταρικές μεμβράνες. (Με τον ίδιο τρόπο, το zebrafish, με τα διαφανή έμβρυά του, χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε πολλούς τομείς της βιολογικής έρευνας.)
Για να δουν ξεκάθαρα τις πτυχές, οι ερευνητές προσέθεσαν χρωματισμένους χημικούς δείκτες που προσκολλούνται ειδικά σε ορισμένα είδη μορίων. Μόλις γίνει αυτό, οι επιστήμονες μπορούν να τα εξετάσουν με συμβατικό μικροσκόπιο φωτός ή να συνδυάσουν πολλές εικόνες από ψηφιακά μικροσκόπια για να δημιουργήσουν απόδοση 3-D.
Ως απόδειξη της ιδέας, εκτός από τον εγκέφαλο του ποντικιού, η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε τη διαδικασία σε μικρά κομμάτια ενός εγκέφαλου νεκρού αυτιστικού ατόμου που είχε αποθηκευτεί για 6 χρόνια. Με εξειδικευμένους χημικούς δείκτες, ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν μεμονωμένους νευρώνες σε μεγάλες κοιλότητες ιστού. Βρήκαν επίσης άτυπες κατασκευές νευρώνων παρόμοιες με την κλίμακα που έχουν παρατηρηθεί και στους εγκεφάλους των ζώων με συμπτώματα που ομοιάζουν με αυτισμό.
Αυτό το είδος της λεπτομερούς ανάλυσης έχει προηγουμένως γίνει δυνατό μόνο με την προσεκτική εξέταση μικροσκοπικών φετών του εγκεφάλου με ένα μικροσκόπιο για να συναχθεί μια πλήρη τρισδιάστατη εικόνα. Αλλά τώρα, οι διασυνδέσεις μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του εγκεφάλου μπορούν να φανούν σε ευρύτερο επίπεδο.
Το γεγονός ότι η τεχνική λειτουργεί σε όλα τα είδη ιστών θα μπορούσε να ανοίξει πολλές νέες κατευθύνσεις της έρευνας: ανάλυση μονοπατιών μορίων σηματοδότησης ενός οργάνου, κλινική διάγνωση ασθενειών σε δείγμα βιοψίας και, φυσικά, λεπτομερέστερη εξέταση των σχέσεων νευρώνων και τα δίκτυα που αποτελούν τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Για περισσότερα, δείτε το βίντεο παρακάτω, με την ευγένεια του Nature Video :
