Невидимият живот на нервните клетки

Микроскоп с размера на стотинка позволява на учените да надникнат в ежедневната дейност на клетките в гръбначния мозък. Иновативната технология разкрила, че астроцитите – клетки в нервната система, които не провеждат електрически сигнали и традиционно се разглеждат просто като поддържащи – неочаквано реагират на интензивни стимули.

Астроцити (зелено) в гръбначен мозък. Credit: Salk institute
Астроцити (зелено) в гръбначен мозък. Credit: Salk institute

Новият миниатюризиран микроскоп и свързаните с него образни методи, описани от учените от Salk Institute в Nature Communications, предлага безпрецедентен поглед върху функциите на нервната система и може да доведе до нови начини на лечение на болката при наранявания на гръбначния мозък, хроничен сърбеж и невродегенеративни заболявания, като амиотрофичната латерална склероза.

Гръбначният мозък играе най-важна роля за усещането и отговора към стимулите от околната среда. Понякога дори работи независимо от мозъка, например, когато ръката ви се отдръпва от горещ предмет, преди усещането да е напълно отчетено. Но не е известно как точно клетките в гръбначния мозък кодират тези и други усещания, идващи от кожата и вътрешните органи.

В новото проучване, главният автор Axel Nimmerjahn, професор от Waitt Advanced Biophotonics Center към Salk Institute, и екипът му подобрили миниатюризираните микроскопи, които са описани за първи път от тях през 2008. Новата версия, която включва редица хардуерни и софтуерни подобрения, им е позволила да визуализират промените в клетъчната активност при будни, подвижни мишки.

„Дълго учените мечтаеха да могат да отчетат моделите на клетъчна активност в гръбначния мозък на будно животно. На всичкото отгоре, сега можем да направим това със свободни животни, което много вълнуващо” – казва един от авторите, Kohei Sekiguchi, изследовател от Salk и докторант към Университета на Калифорния, Сан Диего.


РЕКЛАМА:

***

Credit: Salk institute,YouTube Video
Credit: Salk institute,YouTube Video

По-голямата част от предходната работа на екипа е била фокусирана върху микроскопи за наблюдение на главния мозък на живи животни. В сравнение с него, гръбначният мозък представлявал по-голямо предизвикателство по много причини. Например, за разлика от главния мозък, гръбначният е обграден от множество, независимо движещи се прешлени. Освен това, той се разполага близо до пулсиращи органи (като сърцето и белия дроб), което може да затрудни стабилизирането на изображението на клетките вътре в него. Въпреки всичко, с развиването на нови микроскопски, процедурни и компютърни подходи, екипът успял да превъзмогне тези препятствия и да улови действието на живите клетки в реално време и при различни движения.

Учените открили, че разнообразни стимули, като светлина, допир или натиск, активират различни подгрупи гръбначномозъчни сетивни неврони. Те установили още, че определени характеристики, като интензитет или продължителност на даден стимул, се отразяват на активността на невроните.

За изненада на екипа, астроцитите, които традиционно се смятат за пасивни поддържащи клетки, също отговаряли на стимули (макар и различно в сравнение с невроните). Въпреки че астроцитите не могат да изпращат електрически сигнали, както невроните, те генерирали свои собствени химични сигнали по координиран начин, по време на интензивни стимули.

Nimmerjahn е развълнуван от този резултат, тъй като екипът му отдавна има интерес към астроцитите и тяхната роля за функцията и заболяванията на нервната система. Тези клетки се оценяват все повече като важни играчи в развитието и работата на нервната система и могат да послужат като обещаваща мишена за нови лекарства, казва той.

„Не само можем да изучаваме нормалното обработване на сетивните сигнали, но можем да разгледаме и състояния като нараняване на гръбначния мозък и как точно леченията повлияват клетките” – казва Nimmerjahn.

Сега екипът работи върху това да запише активността, свързана с допир или болка, едновременно в гръбначния и главния мозък, използвайки допълнителни итерации на миниатюризираните микроскопи, което им позволява да наблюдават и манипулират множество клетъчни типове при още по-високи резолюции.


Европейска нощ на учените 2022 г.: