Inde i frugtfluernes hjerner

Ved hjælp af optisk projektionstomografi (OPT) har forskere fremstillet 3D-billeder af frugtfluehjerner i forskellige stadier af degeneration. Disse billeder kunne en dag forbedre vores forståelse af en række neurodegenerative sygdomme hos mennesker.

Pinhead: Et 3-D billede af en frugtflue genereret ved hjælp af optisk projektionstomografi. Ved at anvende denne teknologi behøver forskerne ikke længere at dissekere fluerne i hånden for at observere, hvordan genetiske ændringer påvirker tabet af hjerneceller. Den røde repræsenterer fluens gennemsigtige eksoskelet, den grønne repræsenterer de anatomiske organer, og den blå repræsenterer de genetisk ændrede aktiveringssteder.

Vi håber i fremtiden at kunne besvare spørgsmål om gener og proteiner, der fungerer i sygdomme som Alzheimers og Parkinsons, siger Leeanne McGurk, ph.d.-studerende med Medicinsk Forskningsråd 's Human Genetics Unit, i Edinburg, Skotland, som arbejdede på frugtflue-billeddannelsesprojektet.

Frugtfluer, eller drosophila, bruges ofte til at studere sygdomsprogression, fordi deres månedlange levetid betyder, at sygdomme udvikler sig hurtigt, og fordi fluerne har mange af de samme gener som mennesker. Desuden producerer aldersrelaterede defekter i fluehjernerne bittesmå huller, eller neurovakuoler, i en proces, der ligner den, der gør sunde menneskelige hjerner til de sammenfiltrede hjerner hos mennesker, der lider af Alzheimers sygdom. Men at dissekere fluehjerne, som kun er omkring en millimeter på tværs, var en besværlig proces, der ofte beskadigede prøven.

Så holdet besluttede at bruge OPT til at skabe billeder af fluernes intakte hjerner. Teknikken var oprindeligt designet til at skabe billeder af små museembryoner, og den er siden blevet brugt til at undersøge voksent musevæv og nogle menneskelige embryoner.

I dette forsøg skulle forskerne først blege insektet, da det har et mørkt eksoskelet, der forhindrer det i at blive undersøgt med et normalt mikroskop. Derefter indlejrede de den lille flue i gel og roterede den langsomt 360 grader, mens et kamera tog 400 billeder.

Disse billeder blev omdannet til 3-D-billeder ved hjælp af software også udviklet under paraplyen af ​​Medical Research Council, Storbritanniens version af National Institutes of Health. Billederne viste tydeligt de neurovakuoler, der var til stede i frugtfluehjernerne: fluer i forskellige aldre og genetiske sammensætninger så ud til at have forskellige stadier af hjernedegeneration.

Ifølge forskerne ville de hjernebilleder, de lavede, have været umulige med traditionel teknologi. OPT fungerer ligesom en røntgen-CT-scanner og bruger kun lys i stedet for røntgenstråler, siger James Sharpe, en af ​​undersøgelsens forfattere og forskningsprofessor ved Systems Biology Center for Genomic Regulation, i Barcelona, ​​Spanien. Dette er i modsætning til traditionelle teknikker såsom konfokal mikroskopi, som scanner et afsnit af en prøve ad gangen.

I konfokalmikroskopi forsøger du at fokusere meget skarpt på ét plan og forsøger at minimere informationsstøj, der kommer oppefra eller nedefra, siger Sharpe. Men, siger han, OPT-billeddannelse tager visuel information fra så stor en dybde som muligt og bruger derefter rotationen til at finde ud af, hvor de forskellige dele af billedet ligger. Dette giver et meget mere detaljeret billede af prøven. Det undersøgelse af frugtfluehjernerne blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Public Library of Science ONE .

OPT udfylder også billeddannelseshullet: traditionelt var prøver mellem 1 og 10 millimeter for store til at afbilde med et konfokalmikroskop og for små til at sætte i en MR-scanner. OPT er også billigere og kan nogle gange tilbyde billeder i højere opløsning end en MR-scanner.

Mens du kan sætte et menneske i en MR-scanner, har du bare ikke den mulighed med noget meget mindre, siger McGurk.

Der er selvfølgelig begrænsninger for brugen af ​​OPT, fordi opløsningen afhænger af prøvens gennemsigtighed. Nogle eksperter i hjernebilleddannelse siger, at selvom denne teknologi kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå mekanismerne bag neurodegeneration, vil den ikke snart blive brugt i voksne menneskers hjerner.

Der er meget lidt klinisk anvendelse på dette, da lyset skulle gå gennem hovedet, siger Michael Weiner, der arbejder med MR-billeddannelse af Alzheimers og andre sygdomme på University of California San Francisco Medical Center . Jeg tror, ​​at det er en teknik, som skal videreudvikles [før den kan bruges] til menneskelige applikationer.

Sharpe siger, at teamet allerede arbejder på måder at forbedre opløsningen og kontrasten på.

skjule