अदृश्य मक्खियों: ऊतक के अपचयन के माध्यम से तंत्रिका तंत्र का अध्ययन करने के लिए एक नई विधि

जीव का अध्ययन एक जटिल प्रक्रिया है और इसके लिए सटीकता की आवश्यकता होती है। आधुनिक स्कैनिंग पद्धतियां इसमें सफल रही हैं। आज हम तीन-आयामी चित्रों में शरीर या एक व्यक्ति के अंग का पर्याप्त विस्तार से अध्ययन कर सकते हैं। लगभग 100 साल पहले, अंगों का एक त्रि-आयामी दृश्य केवल उन्हें शरीर से निकालकर और उन्हें जीवित रहने की जांच करके प्राप्त किया जा सकता था, इसलिए बोलने के लिए। हालांकि, हमेशा कुछ "लेकिन" होता है। लेकिन यहां तक ​​कि सबसे सटीक स्कैनर और माइक्रोस्कोप भी 100% सटीकता नहीं दे सकते हैं। अब, यदि यह संभव है कि सब कुछ अनावश्यक रूप से अदृश्य हो जाए, और शरीर के उस हिस्से को छोड़ दें जिसे हम दृश्यमान अध्ययन करना चाहते हैं। विज्ञान गल्प जैसा लगता है, है ना? मैं सहमत हूं। लेकिन अब यह असली है। आज हम ड्रोसोफिला के उदाहरण का उपयोग करके जीवों को स्कैन करने के लिए एक नई विधि के अध्ययन को जानेंगे। वैज्ञानिकों ने एक साधारण फलों के मग को "अदृश्य" बनाने का प्रबंधन कैसे किया, उनकी स्कैनिंग विधि कितनी सही है और यह मानव रोगों के निदान में कैसे मदद करेगा? इन और अन्य सवालों के जवाब हम शोधकर्ताओं की रिपोर्ट में ही प्राप्त कर सकते हैं। तो चलिए इसे नहीं खींचते हैं। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

जैसा कि मैंने पिछले लेखों में से एक में कहा था, जिनमें से मुख्य चरित्र, आज, ड्रोसोफिला था, यह छोटा और, सच में, कीट को परेशान करना कई अध्ययनों का विषय है। इसकी मदद से, वैज्ञानिक बहुत सारी चीजों का अध्ययन कर रहे हैं: वायुगतिकी से लेकर तंत्रिका तंत्र तक। और यह बाद के बारे में है जिस पर आज चर्चा की जाएगी। ऐसे छोटे जीवों में ऐसी जटिल प्रणालियों का अध्ययन कुछ कठिनाइयों से भरा हुआ है। हम पहले से ही कई अल्ट्रैथिन परतों में कटौती करके जीवों के अध्ययन के तरीकों से परिचित हैं। यह विधि कई प्रणालियों का अधिक विस्तार से अध्ययन करना संभव बनाती है। हालांकि, तंत्रिका तंत्र के संबंध में, यह विधि, शोधकर्ताओं के अनुसार, सेलुलर अखंडता का उल्लंघन करती है, जो सिस्टम के अलग-अलग हिस्सों के अध्ययन की प्रक्रिया को जटिल बनाती है।



यदि हम भौतिक "लेयरिंग" के बिना छोटे जीवों पर स्कैनिंग लागू करते हैं, तो हम एक ही समय में सभी सिस्टम देखेंगे। लेकिन वैज्ञानिक केवल एक प्रणाली का अध्ययन करना चाहते हैं, जबकि अन्य को इस प्रक्रिया में हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए। इसलिए, वे एक शानदार और सरल विचार के साथ आए - सब कुछ अदृश्य (या बल्कि पारदर्शी) बनाने के लिए, और आवश्यक प्रणाली को अछूता छोड़ दें।

फिलहाल, इस तरह के विचार को लागू करने के लिए पर्याप्त उपकरण हैं, यह केवल उन्हें एक साथ संयोजित करने के लिए रहता है। फ्लाईक्लेयर (प्रथम परीक्षण विषय के सम्मान में - ड्रोसोफिला मक्खियों) नामक एक नई स्कैनिंग विधि की मुख्य सामग्री ऊतक "सफाई" और अल्ट्रामिक्रोस्कोपी हैं।



ड्रोसोफिला को एक कारण के लिए एक परीक्षण विषय के रूप में चुना गया था। अधिकांश ऊतक सफाई विधियों का आधार परीक्षण जीव का आनुवंशिक संशोधन है। इस मामले में, यह प्रतिदीप्ति है। यह प्रक्रिया बेहद जटिल और समय लेने वाली है। शरीर जितना बड़ा होगा, उतना ही अधिक समय इसके संशोधन पर खर्च होगा। इसके अलावा, सभी प्राणियों को उस तरह से संशोधित नहीं किया जा सकता है जैसा वैज्ञानिक चाहते हैं। ड्रोसोफिला खुद को काफी आसानी से इसी तरह के आनुवंशिक जोड़तोड़ के लिए उधार देता है, और इस प्रक्रिया में इतना समय नहीं लगता है।

फिलहाल, जीवों का अध्ययन करने का सबसे लोकप्रिय तरीका confocal माइक्रोस्कोपी है, लेकिन यह ऊतकों के विच्छेदन के बाद ही किया जाता है। सवाल उठता है - और अगर नहीं करना है? इस मामले में, हमें कम-गुणवत्ता वाली पीला छवि मिलती है, और इस प्रक्रिया में बहुत समय लगेगा। नमूने में फोटोन के मजबूत अवशोषण और प्रकीर्णन को भी देखा जाएगा, विशेष रूप से बढ़े हुए ऊतक रंजकता (ड्रोसोफिला के रूप में) के साथ। तदनुसार, नमूने को साफ किया जाना चाहिए, अर्थात पारदर्शी बनाया जाना चाहिए। इस प्रकार, सिग्नल की तीव्रता में कमी को समतल करने और समान स्थानिक संकल्प को प्राप्त करने के लिए। "अपारदर्शी" (एक काल्पनिक शब्द के लिए मुझे माफ करना) ऊतक का मुख्य तरीका सेलुलर घटकों के बीच सीमाओं पर अपवर्तक सूचकांक को कम करना है।

शोधकर्ता इस बात से इनकार नहीं करते हैं कि अब ऐसे कई तरीके हैं जो कपड़ों को पारदर्शी बनाने के लिए पहले से ही क्लासिक बन चुके हैं। हालांकि, वे यह भी दावा करते हैं कि इन विधियों में कई नुकसान हैं। आकृति विज्ञान का संरक्षण, प्रतिदीप्ति की स्थिरता, गहराई और इतने पर - इन सभी पहलुओं के साथ, मौजूदा तरीकों, इसे हल्के ढंग से लगाने के लिए, ठीक नहीं हैं। इसके अलावा, उनमें से कोई भी ऊतकों का पूर्ण चित्रण नहीं देता है।

यह पता चला है कि छोटे निकायों के बेहतर स्कैन के लिए ऊतकों के क्रॉस-सेक्शन का संचालन करना अभी भी आवश्यक है? वास्तव में नहीं। वैज्ञानिक उसी ड्रोसोफिला का उदाहरण देते हैं। अपने परिधीय क्षेत्रों (पैरों, आंखों, एंटीना) में स्थित, ड्रोसोफिला संवेदी न्यूरॉन्स के कई नसों और मस्तिष्क के साथ बहुत लंबे संबंध हैं। यदि इन क्षेत्रों को स्तरित किया जाता है, तो हमें इन क्षेत्रों में तंत्रिका तंत्र की संरचना कैसे होती है, इसकी पूरी तस्वीर नहीं मिलेगी।

इस अध्ययन में, फ्लाईक्लियर पद्धति ने हमें अपने तंत्रिका तंत्र को उजागर करते हुए ड्रोसोफिला ऊतक के रंजकता को हटाने की अनुमति दी। इसमें लगभग एक महीना लगा। और अल्ट्रामाइरोस्कोपी ने हमें सबसे छोटे तंत्रिका कनेक्शनों की कल्पना करने और नर्वस सिस्टम के पूर्ण मानचित्र का निर्माण करने की अनुमति दी। एक पदार्थ ने भी एक बड़ी भूमिका निभाई, जिसकी मदद से एक उज्ज्वल हरे रंग में तंत्रिका तंत्र को "रंग" करना संभव था - एक हरे रंग का फ्लोरोसेंट प्रोटीन (इसके बाद जेडएफबी के रूप में संदर्भित)। इस प्रोटीन के लिए जीन, जेलिफ़िश एसेपोरिया विजयोरिया से प्राप्त किया जाता है, परीक्षण नमूनों के जीन संशोधन के लिए सटीक रूप से उपयोग किया जाता है।


जेलिफ़िश असोरिया विजोरिया।

प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी द्वारा प्राप्त डेटा को एक विशेष एल्गोरिथ्म द्वारा संसाधित किया गया था जो आपको उच्च संकल्प के साथ तीन आयामी छवि बनाने की अनुमति देता है।

अध्ययन की तैयारी

ड्रोसोफिला ऊतक की ऑप्टिकल सफाई एक आसान प्रक्रिया नहीं है। चिटिनस एक्सोस्केलेटन और फ़ेसट नेत्र फ़ोटोपिगमेंट प्रक्रिया के लिए मिज बॉडी के सबसे कठिन क्षेत्र हैं। वर्तमान में ऊतक सफाई के उपलब्ध तरीके आदर्श से बहुत दूर हैं, क्योंकि शोधकर्ताओं ने अपना स्वयं का निर्माण किया - फ्लाईक्लेयर, जिसका मैंने पहले उल्लेख किया था।

फ्लाईक्लियर पिछले तरीकों में से कई को जोड़ती है। इस प्रक्रिया में सबसे पहले CUBIC (स्पष्ट, अबाधित मस्तिष्क इमेजिंग कॉकटेल) है। आगे के कदम नमूने की स्थिति (लार्वा या वयस्क) पर निर्भर करते हैं।


FlyClear प्रक्रिया के लिए विकल्प।

लार्वा के मामले में, 0.03% प्रोटीज और फॉर्मलाडेहाइड निर्धारण का उपयोग किया जाता है। तथ्य यह है कि प्रोटीज़ प्रोटीन के अमीनो एसिड के बीच पेप्टाइड बॉन्ड को तोड़ता है, और इससे "डिस्कलर" ऊतकों को मदद मिलती है। अगला, एसीटोन का उपयोग पेमेबिलाइजेशन (सेल झिल्ली की पारगम्यता में परिवर्तन) के लिए नमूने पर किया जाता है।

वैज्ञानिकों ने [CH ₃ CH (OH) CH ₂ ] ₂ NCH ₂ CH ₂ N [CH ₂ CH (OH) CH ₃ ] ₂ (N, N, N ', N'-tetrakis (2-hydroxypropyl) को बदलकर CUBIC चरण में सुधार किया। ) सी ₁₀ एच ₂₄ एन ₂ ओ ₄ (2.2 ', 2 ", 2"' - (एथिलीन डिनिट्राइल) टेट्रैथेनॉल) पर एथिलीनमेडीन)। इस परिवर्तन ने जटिल क्षेत्रों (आंखों और एपिडर्मिस) सहित ऊतकों के पूर्ण अपचयन को प्राप्त करना संभव बना दिया।

तो, पूर्ण ऊतक अपचयन की विधि काम करती है। अब आपको अध्ययन के दूसरे महत्वपूर्ण चरण की जांच करने की आवश्यकता है - प्रतिदीप्ति। अधिक सटीक रूप से, यह जांचना आवश्यक है कि क्या नई अभिकर्मक सी ₁₀ एच ₂₄ एन ₂ ओ ₄ प्रतिदीप्ति संकेतों _को दबा _देगा , यह देखते हुए कि ड्रोसोफिला में पहले से ही आनुवंशिक हेरफेर के बाद कम प्रतिदीप्ति है। परीक्षण के लिए, नमूनों (ड्रोसोफिला निकायों) को आधा में विभाजित किया गया था: एक आधा अनुपचारित था, उपचार के साथ दूसरा। विश्लेषण से पता चला कि सी ₁₀ एच ₂₄ एन ₂ ओ ₄ का उपयोग करते समय जेडएफबी की गंभीरता का स्तर वास्तव में कम हो जाता है, लेकिन यह समग्र सटीकता को प्रभावित नहीं करता है। और इस तथ्य के लिए सभी धन्यवाद कि उसी अभिकर्मक ने ऊतक की उच्च डिग्री प्राप्त करने की अनुमति दी। यही है, अभिकर्मक के फायदे ने इसकी कमियों को समतल किया।

तैयार नमूने पर विचार किया जाना चाहिए, इसलिए बोलने के लिए, और इसके लिए, सभी विमानों में समान संकल्प के साथ नमूना की एक छवि प्राप्त करने के लिए उन्नत अल्ट्रामाइक्रोस्कोपी का उपयोग किया गया था।


ऑप्टिकल सिस्टम: 1 और 3 - एक प्लॉनो-उत्तल एसोफ़ेरिकल बेलनाकार लेंस; 2 - पॉवेल लेंस; 4 - अण्डाकार एपोडाइजिंग नरम एपर्चर; 5 और 6 - बेलनाकार लेंस।

आमतौर पर, मानक अल्ट्रामाइरोस्कोपी बेलनाकार लेंस और एक आयताकार एपर्चर का उपयोग करता है। इस अध्ययन में, अतिरिक्त घटकों का उपयोग किया गया था जो बेहतर विशेषताओं के साथ बीम के आकार को अल्ट्रा-पतली में बदल देते हैं।

गोलाकार लेंस का उपयोग विरूपण के बिना एक छवि प्राप्त करने की क्षमता और न्यूनतम विपथन के कारण होता है।

मानक एपर्चर को अण्डाकार एपोडाइजिंग सॉफ्ट एपर्चर (नंबर 4 से ऊपर की छवि में) में भी बदल दिया गया है। नए एपर्चर ने ऑप्टिकल सिस्टम में अवांछित तीव्रता वितरण को समाप्त कर दिया।

अनुसंधान के परिणाम

नीचे ड्रोसोफिला जीव (श्वसन, दृश्य, तंत्रिका, आदि) के विशिष्ट सिस्टम हैं जो जेडएफबी द्वारा हाइलाइट किए गए हैं, जबकि शेष ऊतक पूरी तरह से अपचित हैं।

लेख को लंबा नहीं करने के लिए, मैंने एक स्पॉइलर के नीचे सब कुछ छिपा दिया।









बिना किसी हिचकिचाहट के वैज्ञानिक अपने शोध की सबसे बड़ी उपलब्धि को तंत्रिका तंत्र का एक पूर्ण त्रि-आयामी नक्शा बनाने की क्षमता कहते हैं। और यदि आप मानते हैं कि यह प्रणाली इतने छोटे जीव (ड्रोसोफिला) से संबंधित है, तो यह उपलब्धि और भी महत्वपूर्ण हो जाती है।

नई तकनीक आपको सटीक रूप से यह निर्धारित करने की अनुमति देती है कि ये या अन्य न्यूरॉन्स कहां और कैसे जुड़े हुए हैं, दोनों स्वयं और मस्तिष्क के बीच। यदि एक क्रॉस सेक्शन का उपयोग किया जाता है, तो यह संभव नहीं होगा।



अपनी पद्धति की क्षमताओं के प्रदर्शन के रूप में, वैज्ञानिक हमें दो प्रकार के ड्रोसोफिला दृश्य प्रणाली न्यूरॉन्स दिखाते हैं: DCN - पृष्ठीय क्लस्टर न्यूरॉन्स और MCN - मस्तिष्क स्तंभ न्यूरॉन्स (मस्तिष्क के पीछे के भाग में कॉर्टेक्स कॉलम)। मस्तिष्क के पृष्ठीय-पार्श्व क्षेत्र में, DCN क्लस्टर ऑप्टिक लोब में मज्जा और लोबुला के सिनैप्टिक न्यूरॉन्स को उत्तेजित करने के लिए commissural यौगिकों का निर्माण करते हैं। (छवियों के ऊपर एक , सी )।

चित्र b और d में , न्यूरोग्लियन न्यूरल कोशिकाओं के समरूप म्यूटेंट में commissural कनेक्शन का नुकसान दिखाई देता है। तंत्रिका तंत्र में ये बदलाव फ्लाईक्लेयर सेल शोधन प्रक्रिया के साथ ठीक जुड़े हुए हैं।



एक त्रि-आयामी पुनर्निर्माण का निर्माण करने के लिए, चित्रों को दो ऑर्थोगोनल दिशाओं से लिया गया था, जो तब संयुक्त थे। 3 डी एफएफटी-आधारित एल्गोरिथ्म एक नमूने के विवरण को निर्धारित करता है जो दो छवि ढेर में से एक में स्पष्ट दिखता है। इसके अलावा, यह सब एक तीन आयामी पुनर्निर्माण में संयुक्त था।

जो लोग अधिक विस्तार से अध्ययन के साथ खुद को परिचित करना चाहते हैं, वे वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्री पढ़ सकते हैं।

उपसंहार

वैज्ञानिक व्यर्थ घमंड में नहीं हैं और अपने काम पर गर्व करते हैं, क्योंकि ऐसा पहले नहीं हुआ है। जीवों पर अनुसंधान के क्षेत्र में क्रॉस-सेक्शन द्वारा बिछाने की विधि प्रमुख थी। लेकिन इस विधि, हालांकि इसके कई फायदे हैं, इसके बड़े नुकसान हैं। विशेष रूप से, चीरों सेलुलर और ऊतक अखंडता का उल्लंघन करते हैं, जिससे एक विशेष शरीर प्रणाली के पुनर्निर्माण की प्रक्रिया जटिल हो जाती है।

एक जटिल तंत्रिका तंत्र के साथ एक जीव की खोज करना, जब प्रत्येक विवरण महत्वपूर्ण होता है, अब बहुत आसान हो जाएगा। वैज्ञानिक अधिक डेटा प्राप्त करने में सक्षम होंगे, जो उन्हें शरीर में उन या अन्य प्रक्रियाओं के बारे में अधिक विस्तार से वर्णन करने की अनुमति देगा।

इसके अलावा, यह मत भूलो कि ड्रोसोफिला केवल इस अध्ययन में प्रयोगात्मक हैं, और इसके आधार नहीं हैं। नई स्कैनिंग विधि में सुधार भी व्यक्ति की सेवा कर सकता है। और न केवल शरीर और इसके घटक तत्वों का अध्ययन करने के लिए, बल्कि उन रोगों के निदान के लिए भी जो शुरुआती चरणों में छिपाए जा सकते हैं जहां वर्तमान में उपलब्ध स्कैनिंग विधियां उन्हें निर्धारित नहीं कर सकती हैं।

अनुसंधान बहुत सी नई चीजों को खोलता है: जानवरों की नई प्रजातियां, नए पदार्थ, प्रक्रियाएं और घटनाएं। लेकिन अनुसंधान उपकरण बनाने के उद्देश्य के बिना, यह सब असंभव होगा।


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