Усъвършенстваните изображения разкриват затънала миграция на неврони в лабораторни модели на синдром на Rett | Новини от MIT

Използвайки иновативен метод на микроскопия, учените от Института за обучение и памет Picower в Масачузетския технологичен институт наблюдаваха как новородените неврони се борят да достигнат правилните си места в усъвършенствани модели на човешка мозъчна тъкан на синдром на Rett, създавайки нова представа за това как се наблюдават дефицити в развитието в мозъците на пациенти с опустошителното разстройство, което може да се появи.

Синдромът на Rett, който се характеризира със симптоми, включително тежка интелектуална недостатъчност и нарушено социално поведение, се причинява от мутации в гена MECP2. За да придобият нова представа за това как мутацията засяга ранните етапи от развитието на човешкия мозък, изследователи от лабораторията на Мриганка Сур, професор по неврология в Нютон в катедрата по мозъчни и когнитивни науки на Масачузетския технологичен институт, отглежда 3D клетъчни култури, наречени церебрални органоиди или минимозъци, използвайки клетки от хора с MECP2 мутации, и ги сравнява с иначе идентични култури без мутациите. След това екипът, ръководен от постдоктор Мурат Йълдирим, изследва развитието на всеки тип минимозък, използвайки усъвършенствана технология за изображения, наречена трифотонна микроскопия на трето хармонично поколение (THG).

THG, който Yildirim е помогнал да бъде пионер в лабораторията на Sur, работейки с професора по машинно инженерство в Масачузетския технологичен институт Питър Со, позволява изображения с много висока разделителна способност дълбоко в живи, непокътнати тъкани, без да се налага да добавяте каквито и да било химикали за етикетиране на клетките. Новото проучване, публикувано в eLife, е първият, който използва THG за изобразяване на органоиди, оставяйки ги практически необезпокоявани, каза Йълдъръм. Предишни изследвания на органоидни изображения изискваха използването на технологии, които не могат да изобразят целия път през 3D тъканта, или методи, които изискват убиване на културите: или нарязването им на тънки срезове, или химическото им изчистване и етикетиране.

Трифотонната микроскопия използва лазер, но Yildirim и So създадоха по поръчка микроскопа на лабораторията, за да прилага не повече мощност към тъканта от котешка играчка лазерна показалка (по-малко от 5 миливата).

„Трябва да се уверите, че не променяте или не засягате физиологията на невроните по никакъв неблагоприятен начин“, казва Йълдъръм. „Наистина трябва да запазите всичко непокътнато и да сте сигурни, че не носите нещо външно, което може да навреди. Ето защо сме толкова внимателни по отношение на мощността (и химичното етикетиране).“

Дори при ниска мощност, те постигнаха адекватен сигнал за постигане на непокътнато изображение без етикети на фиксирани и живи органоиди. За да потвърдят, че са сравнили своите THG изображения с изображения, направени чрез по-традиционни методи за химическо етикетиране.

Системата THG им позволява да проследят миграцията на новородени неврони, докато те си проправят път от ръба около отворените пространства в минимозъците (наречени вентрикули) до външния ръб, който е пряко аналогичен на мозъчната кора. Те видяха, че зараждащите се неврони в минимозъците, моделиращи синдрома на Rett, се движат бавно и по криволичещи пътеки в сравнение с по-бързото движение в по-прави линии, проявявано от същите типове клетки в минимозъци без мутация MECP2. Сур казва, че последствията от такива миграционни дефицити са в съответствие с това, което учените, включително и в неговата лабораторияса предположили, че се случва при фетуси със синдром на Rett.

„Ние знаем от постморталните мозъци и методите за изобразяване на мозъка, че нещата се объркват по време на развитието на мозъка при синдрома на Rett, но беше удивително трудно да разберем какво и защо“, казва Сур, който ръководи Центъра за социален мозък на Саймънс в MIT. „Този ​​метод ни позволи директно да визуализираме ключов участник.“ THG изобразява тъкани без етикети, тъй като е много чувствителен към промените в индекса на пречупване на материалите, казва Yildirim. Следователно той разрешава границите между биологични структури, като кръвоносни съдове, клетъчни мембрани и извънклетъчни пространства. Тъй като невронните форми се променят по време на тяхното развитие, екипът успя да види ясно разграничението между вентрикуларната зона (областта около вентрикулите, където се появяват новородените неврони) и кортикалната плоча (област, в която се установяват зрелите неврони). Също така беше много лесно да се разделят различни вентрикули и да се сегментират в отделни области.

Тези свойства позволиха на изследователите да могат да видят, че в органоидите на синдрома на Rett вентрикулите са по-големи и по-многобройни и че вентрикуларните зони – ръбовете около вентрикулите, където се раждат невроните – са по-тънки. В живи органоиди те успяха да проследят някои от невроните, които си проправят път към кората в продължение на няколко дни, правейки нова снимка на всеки 20 минути, както се опитват да направят и невроните в истинските развиващи се мозъци. Те видяха, че невроните със синдром на Rett постигат само около две трети от скоростта на немутиралите неврони. Пътищата на невроните на Rett също бяха значително по-мършави. Комбинацията от двете разлики означава, че клетките на Rett едва достигат половината от това.

„Сега искаме да знаем как MECP2 влияе върху гените и молекулите, които влияят на миграцията на невроните“, казва Сур. „Чрез скрининга на органоидите на синдрома на Rett имаме някои добри предположения, които нямаме търпение да тестваме.“ Йълдъръм, който ще стартира неговата собствена лаборатория като асистент в Изследователския институт Lerner на клиниката в Кливланд през септември, казва, че има нови въпроси въз основа на откритията. Той иска да направи изображение по-късно в развитието на органоидите, за да проследи последствията от криволичещата миграция. Той също така иска да разбере повече за това дали специфични видове клетки се борят да мигрират повече или по-малко, което може да промени начина, по който работят кортикалните вериги.

Йълдъръм също казва, че се надява да продължи да развива трифотонната микроскопия на THG, която според него има потенциал за фино изобразяване при хора. Това може да бъде важно предимство при хората, особено че методът за изобразяване може да проникне дълбоко в живата тъкан без необходимост от изкуствени етикети.

В допълнение към Yildirim, Sur и So, другите автори на вестника са Chloe Delepine, Danielle Feldman, Vincent Pham, Stephanie Chou, Jacque Pak Kan Ip, Alexi Nott, Li-Huei Tsai и Guo-li Ming.

Националните институти по здравеопазване, Националната научна фондация, JPB Foundation и Massachusetts Life Sciences Initiative предоставиха финансиране за изследването.

.

Leave a Comment