Ученые из Солка создали микроскопы, которые можно вживлять в испытуемых (на данной стадии исследований – в мышей). Создатели микроскопа ожидают для начала революции в изучении боли.
Хотя известно, что спинной мозг играет важную роль в передаче болевых сигналов, технологии ограничивают понимание учеными того, как этот процесс происходит на клеточном уровне. Несмотря на прогресс в визуализации кальция, который позволил измерить клеточную активность, прогресс в разработке других типов визуализации был постоянной проблемой. Имплантированные микроскопы могут отображать сенсорную и двигательную активность в областях и на скоростях, ранее недоступных.
Новое изобретение может помочь исследователям лучше понять нейронную основу ощущений и движений в здоровом и болезненном контексте, например, при хронической боли, зуде, боковом амиотрофическом склерозе или рассеянном склерозе.
Исследование опубликовано в статье «Мультиплексная трансламинарная визуализация спинного мозга мышей в движении» в Nature Communications. Носимый микроскоп был впервые представлен ранее в этом месяце в журнале Nature Biotechnology в статье «Транс-сегментарная визуализация спинного мозга мышей в движении».
«Эти новые носимые микроскопы позволяют нам видеть нервную активность, связанную с ощущениями и движением в регионах и на скоростях, недоступных для других технологий с высоким разрешением», сказал доктор философии, доцент, директор Центра передовой биофотоники Уэйтта в Солкском университете Аксель Ниммерьян. «Наши переносные микроскопы коренным образом меняют то, что возможно при изучении центральной нервной системы».
Носимые микроскопы имеют ширину около 7 и 14 мм (около ширины мизинца или спинного мозга человека) и обеспечивают высокое разрешение, высокую контрастность и многоцветность изображения в режиме реального времени. Новую технологию можно комбинировать с микропризменным имплантатом, представляющим собой небольшой отражающий стеклянный элемент, помещаемый рядом с интересующими областями ткани. Авторы отмечают, что эта система решает множество проблем предыдущих носимых микроскопов, «включая их ограниченное рабочее расстояние, разрешение, контрастность и ахроматический диапазон».
«Микропризма увеличивает глубину изображения, поэтому впервые можно увидеть ранее недоступные клетки. Это также позволяет визуализировать клетки на разных глубинах одновременно и с минимальным нарушением тканей», сказала научная сотрудница лаборатории Ниммерьяна Эрин Кэри.
Павел Шехтмейстер, кандидат наук, бывший научный сотрудник лаборатории Ниммерьяна, соглашается: «Мы преодолели барьеры поля зрения и глубины в контексте исследований спинного мозга. Наши носимые микроскопы достаточно легкие, чтобы их могли носить мыши, и позволяют проводить измерения, которые ранее считались невозможными».
Команда Ниммерьяна применила технологию для сбора новой информации о центральной нервной системе. В частности, они хотели изобразить астроциты, звездчатые ненейрональные глиальные клетки в спинном мозге, потому что предыдущая работа предполагала роль клеток в обработке боли.
Команда обнаружила, что сдавливание хвостов мышей активировало астроциты, посылая скоординированные сигналы по сегментам спинного мозга. В частности, они показали, что астроциты дорсальных рогов у мышей «демонстрируют сенсомоторное программно-зависимое и специфичное для пластинки кальциевое возбуждение». Кроме того, «нейроны, экспрессирующие предшественник тахикинина 1 (Tac1), проявляют трансламинарную активность при острой механической боли, но не при передвижении».
До изобретения новых микроскопов было невозможно узнать, как выглядит активность астроцитов или любая клеточная активность в этих областях спинного мозга движущихся животных.
«Возможность визуализировать, когда и где возникают болевые сигналы и какие клетки участвуют в этом процессе, позволяет нам тестировать и разрабатывать терапевтические вмешательства», сказала аспирантка лаборатории Ниммерьяна Даниэла Дуарте. «Эти новые микроскопы могут произвести революцию в изучении боли».
Команда Ниммерьяна начала исследовать, как нейронная и ненейрональная активность в спинном мозге изменяется при различных болевых состояниях и как различные методы лечения контролируют аномальную активность клеток.
