يساعد التلألؤ العلماء على دراسة عمل الخلايا العصبية الفردية في دماغ الحيوانات

المصدر: Alexey Kashpersky (kashpersky.com)

أنواع الكائنات الحية التي يمكن أن تتألق ليست نادرة جدًا. هذه هي اليراعات والبكتيريا وقنديل البحر مع الديدان ، ناهيك عن أسماك أعماق البحار وحيوانات أخرى. يساعد التلألؤ هذه الكائنات على جذب الفرائس ، أو التواصل ، أو ببساطة إضاءة المساحة المجاورة لها. تمكن فريق من العلماء من جامعة فاندربيلت من وضع التلألؤ في خدمتهم. حصل العلماء على شكل معدّل وراثيًا من إنزيم يتسبب في التلألؤ البيولوجي لخلايا الجسم ، وبمساعدته "علموا" توهج خلايا الدماغ.

الهدف من المشروع هو ضمان التلألؤ البيولوجي للخلايا العصبية في الدماغ أثناء تشغيلها. هذا ، وفقًا للعلماء ، يسمح بفهم أفضل لمبدأ دماغ الكائنات الحية البسيطة ، والذي يمكن أن يؤدي إلى فهم مبادئ دماغ الحيوانات الأكثر تعقيدًا.

يمتلك العلماء المعاصرون بالفعل تقنية تحت تصرفهم لتتبع الخلايا العصبية الدماغية الفردية. لكن هذه التقنيات لديها عدد من القيود. على سبيل المثال ، بمساعدتهم ، يمكنك تتبع عمل عدد معين فقط من الخلايا العصبية. وفي الدماغ البشري يوجد أكثر من 86 مليارًا ، لذلك لا تسمح الطرق الفيزيولوجية الكهربية الحالية بمراقبة عمل جميع أقسام هذا الجهاز المعقد في وقت واحد. ربما يساعد luciferase المعدل في حل هذه المشكلة في المستقبل القريب.

نشر فريق من الباحثين نتائج عملهم في منشور Nature Communications . الأساس هو النتائج السابقة للبحث من قبل المتخصصين في مجال التألق (قام الفريق بدراسة الطحالب أحادية الخلية Chlamydomonas) وعلم الوراثة.

علم الوراثة هو تقنية لدراسة عمل الخلايا العصبية ، والتي تقوم على إدخال قنوات خاصة في غشاءها - opsins ، والتي تستجيب للإثارة بالضوء. يتم استخدام طرق الهندسة الوراثية للتعبير عن القنوات. من أجل التنشيط أو التعليق اللاحق لنشاط الخلايا العصبية وشبكاتها ، يتم استخدام أشعة الليزر والألياف البصرية وغيرها من المعدات البصرية المعقدة. ظهرت Optogenetics في عام 2005. ثم استخدم العلماء لأول مرة مثل opsin مثل channelrodopsin-2 ( channelrhodopsin-2، ChR2 ).

علم الوراثةلا يسمح فقط بتغطية عدد أكبر من الخلايا العصبية في الملاحظة مما هو عليه في حالة العمل مع الأساليب الفيزيولوجية الكهربية لدراسة الشبكات العصبية. كما أنه يفتح إمكانية تنشيط انتقائي للغاية أو قمع اتصالات عصبية معينة. يقول الخبراء أن هذا سيساعد على توفير علاج فعال لمرض باركنسون والاكتئاب والقلق والصرع. عند استخدام طرق الجين الضوئي ، عادة ما يعمل العلماء مع مضان.

وفقا لكارل جونسون ، أستاذ علم الأحياء ، الذي يقود الدراسة ، يجب استخدام التلألؤ البيولوجي بدلا من مضان. "إن الضوء الذي تولده الخلايا الفلورية يتم تثبيته عن طريق الإضاءة اللازمة للمراقبة. قال العالم إن التلألؤ يعمل في الظلام. المشكلة أيضاأن مادة الفلورسنت ليست بهذه البساطة لإدخالها إلى جميع أقسام الدماغ التي تهم العلماء ، بالنظر إلى الحاجة إلى إدخالها في كل عصبون فردي.

لذلك ، وجد العلماء نهجًا مختلفًا. أخذوا luciferase من جسم نوع الانارة من الجمبري ، وقاموا بتعديله وراثيا بحيث بدأ النشاط المضيء للوسيفيراز يظهر في وجود جزيئات الكالسيوم. تركيز الكالسيوم مرتفع للغاية في الخلايا العصبية ، ولكن في نفس الوقت ، هذا العنصر ليس كافياً خارج خلايا الدماغ. عندما يتلقى الخلايا العصبية إشارة ، يصبح تركيز الكالسيوم الأقصى ، مما يؤدي إلى تألق الخلية المعنية. تمكن الإنزيم المعدل من الالتصاق بخلايا الدماغ بفضل الفيروس. باستخدامه ، أدخل العلماء الإنزيم في مستشعر الكالسيوم ، وأدخلوه في العصبون.


أصبح تألق الخلايا العصبية الفردية ممكنًا بفضل استخدام إنزيم معدل وراثيًا (المصدر: جونسون لاب / جامعة فاندربيلت)

حتى الآن ، تم تطوير تقنية جديدة على الخلايا العصبية التي تزرع في المختبر ، وكذلك على شرائح الحصين من الفئران. يستغرق ثلاثة أسابيع لإعداد عينة الانارة. في كلتا الحالتين ، بدأت الخلايا العصبية تتألق عند تلقي إشارة كهربائية ، مما يؤدي إلى زيادة تركيز الكالسيوم. يرجع نجاح العلماء أيضًا إلى حقيقة أنه تم إنشاء luciferase جديد ، يسمى NanoLuc .

قال جونسون: "أظهرنا أن تقنيتنا تعمل". "نحن الآن بحاجة إلى تحديد مدى حساسيتها. نعتقد أن الطريقة الجديدة دقيقة بما يكفي لتحديد تنشيط الخلايا العصبية الفردية ، ولكن للتحقق من ذلك ، نحتاج إلى إجراء اختبارات إضافية ".

نشر الباحثون معلومات حول الإنزيم المعدل وراثيًا على مورد AddGene . الوصول إلى هذه المعلومات مجاني.

Source: https://habr.com/ru/post/ar398725/