211service.com
Fluorescerende protein lyser op i hjernens indre
Interaktioner mellem neuroner involverer både kemisk og elektrisk signalering. I årtier har neurovidenskabsmænd søgt efter en ikke-invasiv måde at måle den elektriske komponent på. At opnå dette kan gøre det lettere at studere, hvordan hjernen fungerer, og hvordan neurologisk sygdom forringer dens funktion.
Oplyse: Påføring af spænding til neuronerne vist her forårsagede en stigning i fluorescens.
En lovende tilgang er sporing af neuronal elektrisk aktivitet med fluorescens, som ret nemt kan integreres i celler gennem genetik eller ved at være knyttet til antistoffer, men som kan være giftig og langsomme til at arbejde. I sidste uge introducerede forskere en ny kandidat - et fluorescerende protein fra en mikrobe fra Dødehavet - der ser ud til at være bedre rustet til udfordringen.
Proteinet, kaldet archaerhodopsin-3 eller Arch, blev opdaget for mere end 10 år siden, men videnskabsmænd er lige nu begyndt at indse dets potentiale som et forskningsværktøj. I en undersøgelse offentliggjort sidste år brugte forskere lys til at udløse en elektrisk reaktion fra Arch, der gjorde overaktive neuroner tavse - en tilgang, der kunne føre til nye terapier for epilepsi og andre anfaldslidelser.
I denne undersøgelse tog forskerne det modsatte greb og brugte elektricitet til at fremkalde ændringer i Archs fluorescens. Tilgangen kunne føre til mere præcise metoder til optagelse af elektriske signaler fra hjernen.
Resultaterne, offentliggjort i Naturens metoder , indikerer, at Arch kunne være den ikke-invasive spændingssensor, som neuroforskere har ledt efter: Den er ikke giftig for celler, og den er følsom og hurtig nok til at opfange de hurtige elektriske ændringer, der ledsager neuronal aktivitet.
Det ser bedre ud i en størrelsesorden end nogen af de andre optiske billeddannelsesmetoder, jeg har set før, siger Darcy Peterka , en neurovidenskabsmand ved Columbia University, som ikke var involveret i undersøgelsen.
Standardmetoden til registrering af elektrisk aktivitet i neuroner i cellekultur - som involverer at stikke en elektrode ind i cellen - forbliver den mest nøjagtige til at måle spænding på et enkelt punkt i cellen. Men at punktere en neuron med en elektrode dræber den til sidst, hvorimod Arch ville lade forskere følge det elektriske signal, når det forplanter sig gennem hele cellen. Det ville også give forskere mulighed for at optage fra den samme celle igen og igen, hvilket giver mulighed for langsigtede eksperimenter, som ikke ville være mulige med standardmetoden.
Det afhænger virkelig af, hvilke videnskabelige spørgsmål du forsøger at besvare, siger Adam Cohen , en biofysisk forsker ved Harvard University og hovedforfatteren af det nye studie.
Undersøgelsen blev udført i dyrkede museneuroner, men Cohen og hans kolleger planlægger at bruge Arch til at måle neuronal aktivitet i levende dyr, begyndende med simple organismer, såsom zebrafisken og ormen C. elegans . En fordel ved disse dyr er, at de er gennemsigtige, hvilket gør det nemt at se det fluorescerende signal gennem et mikroskop.
Arch kunne også vise sig at være nyttig til billeddannelse af elektriske signaler i pattedyrshjernen, især til eksperimenter i mus, som kunne være genetisk manipuleret til at udtrykke proteinet i specifikke neuroner eller på bestemte tidspunkter i udviklingen, for eksempel.
Udfordringen ved at overføre tilgangen til dyr er at sikre, at det fluorescerende signal forbliver stærkt og konsistent. I den levende hjerne bliver lys absorberet - for eksempel af blod - så du mister lys, siger Ed Boyden , forskeren ved MIT, der ledede undersøgelsen, der brugte Arch til at dæmpe neuroner.
Fluorescensen afgivet af Arch er heller ikke så lys som nogle af de andre tilgængelige farvestoffer, men dens lave toksicitet gør dette mindre bekymrende, fordi forskere kunne kompensere ved at bruge højere koncentrationer. Det, at de fik det til at fungere godt i museneuroner, lover godt, siger Peterka.