En ny teknikk gjør en musehjerne (ugjennomsiktig, til venstre) helt gjennomsiktig (til høyre) for enklere avbildning. Bilde av Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Den menneskelige hjernen er en av de mest komplekse objektene i det kjente universet. Pakket i bare 3 kilo kjøtt (i gjennomsnitt) er en samling av omtrent 86 milliarder sammenkoblede nevroner, og danner utallige intrikate nettverk som utgjør essensen i din personlighet.
En bevart hjerne på et undersøkelsesbord formidler imidlertid ingen av denne kompleksiteten: Den ser mer eller mindre ut som en haug med grått kjøtt, fordi vi ikke kan se gjennom de ytre cellers membraner for å se de individuelle nevronene inne.
Dette problemet er motivasjonen bak en ny teknikk, utviklet et Stanford-team ledet av Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, for å gjøre bevarte hjerner helt transparente for lys. Ved å gjøre det, og deretter bruke spesialiserte kjemiske markører som festes til visse typer celler, skapte de en måte å se hele hjerner i all sin komplekse, sammenkoblede prakt. Slik kompleksitet sees lett i musehjernen som er avbildet nedenfor, der visse typer nevroner er blitt merket med et florescerende grønt fargestoff:
En gjennomsiktig musehjerne injisert med et grønt fargestoff som festes til nevronceller. Bilde av Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Forskerne sier at deres teknikk, som ble kunngjort i en artikkel publisert i dag i Nature, fungerer for bevarte menneskelige hjerner så vel som mus, og kan brukes på mange andre typer organer også. Metoden drar fordel av det faktum at organenes farge - og dermed årsaken til at de ikke er klar - helt og holdent skyldes fettmolekylene som utgjør hver celles membran.
I en levende hjerne bevare disse molekylene organets strukturelle integritet. Men i en bevart hjerne skjuver de den indre strukturen fra synet. For å løse dette problemet fylte forskerne de eksperimentelle musehjerne med hydrogeler - som binder seg til de funksjonelle elementene i cellene (proteiner og DNA), men ikke fettmolekylene - og danner et gelélignende nett som bevarer den opprinnelige strukturen. Deretter ryddet de bort fettmolekylene med et vaskemiddel, og gjorde organet helt gjennomsiktig.
Å produsere en fullstendig intakt, gjennomsiktig musehjerne (som vist på bildet øverst) skaper alle mulige interessante bildemuligheter. Når fettmolekylene skylles ut, blir ikke elementene av eksperimentell eller klinisk interesse (for eksempel nevrononettverk eller gener) tilslørt av cellemembraner. (På omtrent samme måte brukes sebrafisk med transparente embryoer sterkt i mange biologiske felt.)
For å se aspektene tydelig, la forskerne fargede kjemiske markører som spesifikt fester seg til visse typer molekyler. Når dette er gjort, kan forskere undersøke dem med et konvensjonelt lysmikroskop, eller kombinere flere bilder fra digitale mikroskop for å lage en 3D-gjengivelse.
I tillegg til musehjerne utførte forskerteamet prosedyren på små biter av en avdød autistisk hjerne som hadde vært i lagring i 6 år. Med spesialiserte kjemiske markører kunne de spore individuelle nevroner over store skår av vev. De fant også atypiske stige-lignende nevronstrukturer som også har blitt sett i hjernen til dyr med autismelignende symptomer.
Denne typen detaljerte analyser har tidligere bare vært mulig ved å møysommelig undersøke ørsmå skiver av hjernen med et mikroskop for å utlede et fullt tredimensjonalt bilde. Men nå kan sammenkoblinger mellom forskjellige deler av hjernen sees på et bredere nivå.
Det faktum at teknikken fungerer på alle slags vev, kan åpne for mange nye forskningsveier: analyse av et organs signalmolekylveier, klinisk diagnose av sykdom i en biopsiprøve, og selvfølgelig en mer detaljert undersøkelse av nevronforholdene og nettverk som utgjør den menneskelige hjernen. For mer, se videoen nedenfor, med tillatelse av Nature Video :
