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Il cervello in Technicolor
I ricercatori dell'Università di Harvard hanno sviluppato un nuovo metodo per illuminare il cervello in un arcobaleno di colori. La tecnologia consentirà agli scienziati di generare mappe di una delle ultime frontiere del cervello: il complesso groviglio di circuiti neurali che raccolgono, elaborano e archiviano le informazioni. Tali mappe potrebbero infine far luce sullo sviluppo precoce del cervello umano e su malattie come l'autismo e la schizofrenia, che sono state collegate a problemi di connettività.
Cervelli arcobaleno: Topi con arco cerebrale geneticamente modificati esprimono combinazioni casuali di proteine fluorescenti ciano, gialle e rosse nelle cellule nervose. Di conseguenza, i neuroni e le loro proiezioni, lunghe code che si collegano ad altre cellule, sono etichettati con una moltitudine di sfumature distinte. In questa immagine di una porzione dell'ippocampo, una struttura cerebrale coinvolta nella memoria, i neuroni (distinguibili per i loro corpi cellulari rotondi distinti) e gli astrociti (distinguibili per la loro forma a stella diffusa), una cellula di supporto nel cervello, sono etichettati con più distinti colori.
Questo sarà uno strumento incredibilmente potente, afferma Elly Nedivi , un neuroscienziato del MIT che non è coinvolto nella ricerca. Aprirà enormi opportunità in termini di connettività neurale.
Per anni, gli scienziati hanno utilizzato proteine fluorescenti derivate dalle meduse per marcare cellule specifiche negli animali geneticamente modificati. Ma il numero limitato di colori disponibili non è stato sufficiente per creare un'immagine dettagliata dei milioni di neuroni nel cervello. Jean Livet, Jeff Lichtman , e i loro collaboratori ad Harvard hanno ingegnerizzato geneticamente topi per trasportare numerose copie di geni che codificano per proteine fluorescenti di tre diversi colori: giallo, rosso e ciano, nonché un enzima che può bloccare casualmente qualsiasi sottoinsieme di questi geni dalla produzione dei loro geni fluorescenti. etichetta.
Quando i topi vengono nutriti con un composto che attiva l'enzima, ogni cellula subisce un processo molecolare casuale in cui vengono eliminati sottoinsiemi dei geni codificanti i colori. I geni rimanenti producono i tre composti fluorescenti colorati in quantità diverse, che si combinano per formare una nuova tonalità unica. Abbiamo una vasta gamma di colori, circa 100, afferma Lichtman. I ricercatori chiamano gli animali topi con arco cerebrale a causa delle immagini colorate che catturano del loro cervello. Un nuovo articolo che descrive il processo è stato pubblicato oggi sulla rivista Natura .
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Guarda le immagini prodotte da topi 'brainbow' geneticamente modificati.
La capacità di dipingere singole cellule cerebrali con una tavolozza così ampia consentirà ai neuroscienziati di esplorare i circuiti neurali come mai prima d'ora. La maggior parte del lavoro precedente si è concentrata sull'anatomia su larga scala o sulla funzione delle singole cellule, perdendo il cablaggio dettagliato tra queste due scale. C'è un'intera classe di disturbi del sistema nervoso che le persone sospettano siano dovuti a difetti nelle connessioni tra le cellule nervose, ma non abbiamo strumenti reali per tracciare le connessioni, afferma Lichtman. Sarebbe molto utile esaminare il cablaggio in modelli animali di disturbi dello spettro autistico o malattie psichiatriche.
Quando le cellule vicine sono etichettate con lo stesso colore, come nei metodi precedenti, è difficile discernere il percorso di ciascuna cellula nel cervello. Ma in questo caso, le cellule vicine sono solitamente di colori diversi, consentendo agli scienziati di seguire le loro proiezioni aggrovigliate mentre si ramificano e sinapsi in tutto il cervello. In un esperimento di prova di principio, i ricercatori hanno tracciato tutte le connessioni in una piccola fetta di tessuto cerebellare, la parte del cervello che controlla l'equilibrio e il movimento. Permetterà agli scienziati di capire non solo cosa fanno i neuroni, ma cosa fanno nel contesto del circuito intatto, afferma Nedivi. Sono sicuro che il giorno in cui uscirà il giornale, tutti e la loro madre li chiameranno e chiederanno questi topi.
Lichtman e i suoi collaboratori intendono utilizzare la tecnica per studiare come si sviluppa il cervello. Durante lo sviluppo, il cablaggio cambia in modo drammatico, afferma Lichtman. I giovani mammiferi in realtà hanno troppe connessioni e devono eliminare l'eccesso, ma non è chiaro come ciò accada. La scelta di quali connessioni vengono mantenute e perse probabilmente ha molto a che fare con il modo in cui gli umani vengono modellati dalla loro esperienza, dice. Comprendere le regole di quel taglio richiede di vedere [quali connessioni] potrebbero rimanere, rispetto a quali potrebbero andarsene.