;
Кейсы 31 мая 2021

Заглянуть внутрь живого: как ученые исследуют мозг и зачем

Далее

Головной мозг человека, пожалуй, самая малоизученная и загадочная часть организма. Даже несмотря на то, что на его исследования потрачено много усилий, как человеческих, так и материальных ресурсов. Мы знаем, из чего он состоит, как он выглядит и как функционирует. Но резерв, который кроется в недрах ткани в форме грецкого ореха, до сих пор будоражит умы исследователей. Рассказываем о последних исследованиях мозга.

Новый метод визуализации мозга

  • Что создали ученые?

Исследователи разработали новую технику, которая позволяет получать микроскопические флуоресцентные изображения в глубине мозга. Он в четыре раза превышает предел, налагаемый рассеиванием света. Флуоресцентная микроскопия часто используется для визуализации молекулярных и клеточных деталей мозга на животных моделях различных заболеваний. Однако до сих пор она ограничивалась небольшими объемами и высокоинвазивными процедурами из-за интенсивного рассеяния света кожей и черепом.

Новый метод — диффузная оптическая визуализация локализации (diffuse optical localization imaging, DOLI). Он использует преимущество спектроскопии в ближней инфракрасной области инфракрасной области (NIR-II) от 1 000 до 1 700 нанометров. Именно оно обеспечивает наменьшее рассеяние света.

  • Зачем?

Визуализация биологической динамики в невозмущенной среде, глубоко в живом организме, необходима для понимания сложной биологии живых организмов и развития заболеваний.

Трехмерная флуоресцентная микроскопия была проведена полностью неинвазивно с разрешением на уровне капилляров в мозге взрослой мыши, эффективно покрывая поле зрения около 1 сантиметра.

Новый метод визуализации мозга позволяет получать изображения сосудистой сети в глубине мозга мышей.

Обеспечение возможности оптических наблюдений с высоким разрешением в глубоких живых тканях представляет собой давнюю цель в области биомедицинской визуализации, отмечают ученые. Новая разработка пригодится для изучения нейронной активности, микроциркуляции, нейрососудистого взаимодействия и нейродегенерации.

Активация нейронов в глубине мозга

  • Что создали ученые?

Американские ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали новую технику стимуляции мозга с использованием сфокусированного ультразвука, который может включать и выключать определенные типы нейронов в мозге и точно контролировать двигательную активность без имплантации хирургического устройства.

Исследование впервые показало успех ультразвука для глубокой стимуляции нейронов.

Ученые поместили специальную конструкцию, содержащую ионные каналы TRPV1, к генетически отобранным нейронам. Затем они создали небольшой выброс тепла с помощью сфокусированного ультразвука низкой интенсивности к избранным нейронам мозга через носимое устройство. Тепло, всего на несколько градусов выше температуры тела, активировало ионный канал TRPV1. В итоге он действовал как переключатель, включающий или выключающий нейроны.

  • Зачем?

Неврологические расстройства, такие как болезнь Паркинсона и эпилепсия, имели некоторый успех в лечении с помощью глубокой стимуляции мозга. Проблема в том, что они требуют имплантации хирургического устройства. Новая разработка изменит сам подход к исследованиям в области нейробиологии и откроет новые методы понимания и лечения заболеваний мозга человека.

Фотосинтез, но не у растений, а в мозге

  • Что сделали ученые?

Заблокированные кровеносные сосуды в мозге пациентов, перенесших инсульт, препятствуют попаданию богатой кислородом крови к клеткам. Это, в свою очередь, приводит к серьезным повреждениям. Растения и некоторые микробы производят кислород посредством фотосинтеза. Что, если бы существовал способ активировать его в мозге пациентов? Ученые проделали именно это с клетками и мышами, используя сине-зеленые водоросли и специальные наночастицы в своей демонстрации.

Сине-зеленые водоросли, такие как Synechococcus elongatus, ранее изучались для лечения недостатка кислорода в тканях сердца и опухолях с помощью фотосинтеза. Но видимый свет, необходимый для запуска микробов, не может проникнуть через череп. Да, конечно, ближний инфракрасный свет может проходить сквозь кость, но его недостаточно для непосредственной активации фотосинтеза.

Специальные наночастицы, используемые для визуализации, могут поглощать фотоны ближнего инфракрасного диапазона и излучать видимый свет. Используя их, ученые разработали новый подход, который когда-нибудь можно будет использовать для пациентов с инсультом, объединив S. elongatus, наночастицы и ближний ИК-свет в новой системе нанофотосинтеза.

Срезы мозга мышей, получавших нано-фотосинтетическую терапию (справа), имеют меньше поврежденных нейронов, показанных зеленым цветом, чем у контрольных мышей (слева). Предоставлено: адаптировано из Nano Letters 2021, DOI: 10.10.21 / acs.nanolett.1c00719.

Исследователи соединили S. elongatus с наночастицами неодима, которые преобразуют проникающий в ткани ИК-свет в видимую длину волны. Именно ее бактерии используют для фотосинтеза. Ученые обнаружили, что подход нанофотосинтеза сокращает количество нейронов, погибших после кислородной и глюкозной депривации. Затем они вводили бактерии и наночастицы мышам с заблокированными церебральными артериями и подвергали мышей воздействию света. Терапия уменьшила количество умирающих нейронов, улучшила двигательную функцию животных и даже помогла новым кровеносным сосудам начать расти.

  • Зачем?

По данным Всемирной организации здравоохранения, от инсультов ежегодно умирает 5 млн человек во всем мире. Выживают еще миллионы, но они часто остаются с инвалидностью, например, проблемы с речью, глотанием или памятью. Наиболее частой причиной является закупорка кровеносных сосудов в головном мозге, и лучший способ предотвратить необратимое повреждение мозга от этого типа инсульта — как можно скорее растворить или удалить закупорку хирургическим путем. Однако эти параметры работают только в течение короткого промежутка времени после инсульта и могут быть опасными.

Метод нанофотосинтеза решает эту проблему.

Хотя это лекарство все еще находится на стадии тестирования на животных, оно обещает когда-нибудь перейти к клиническим испытаниям на людях, говорят исследователи.


Читать далее

Ученые выяснили, что сверхобогащенное золото образуется как простокваша

Уран получил статус самой странной планеты в Солнечной системе. Почему?

Ученые подслушали «разговор» двух атомов

Загрузка...