Технологии позволяют создавать 3D-изображения мозга с субклеточным разрешением

Наблюдение за структурами в мозге человека, независимо от их размера, всегда было мечтой нейробиологов. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, команда из MIT описывает технологический комплекс, который позволяет обрабатывать, метить и создавать четкие изображения полушарий мозга двух доноров — одного с болезнью Альцгеймера и одного без — с высоким разрешением и скоростью.

"Мы выполнили целостное изображение тканей мозга на различных уровнях разрешения — от одиночных синапсов до целых полушарий и сделали эти данные доступными," — говорит Квангхун Чунг, старший автор исследования, доцент Института Пикоуэра при MIT.

Эта технологическая цепочка позволяет анализировать мозг на нескольких уровнях. Потенциально она может быть использована для полного картирования мозгов.

Исследование предоставляет "доказательство концепции", показывая примеры того, что делает возможным этот технологический комплекс, включая ландшафты нейронов, разнообразные клеточные структуры и пучки субклеточных структур.

Возможность изображать полушария мозга в целостном состоянии с разрешением отдельных синапсов важна для понимания работы мозга как в норме, так и при заболеваниях, сказал Чунг.

С одной стороны, это позволит ученым проводить интегрированные исследования, используя один и тот же мозг, а не наблюдать разные явления в разных мозгах. Анализ не разрушает ткань, делая ее долговечной.

"Нам нужно видеть все эти функциональные компоненты — клетки, их морфологию и соединения, субклеточные архитектуры и их синаптические соединения — в одном мозге," сказал Чунг.

С другой стороны, высокая масштабируемость и пропускная способность цепочки (изображение полушария мозга занимает 100 часов) позволяет создать множество образцов для различных исследований.

Чунг видит создание банка полностью изображенных мозгов, которые можно анализировать и метить для новых исследований.

Три ключевые инновации

Чунг столкнулся с задачей создания команды из трех талантливых ученых, каждый из которых сыграл ключевую роль в создании трех основных инноваций.

Цзи Ван разработал "Мегатом", устройство для нарезки полушарий мозга на тонкие срезы без повреждений.

Джухюк Пак разработал химию, которая делает каждый срез мозга прозрачным, гибким, долговечным, расширяемым и метящимся — технология "mELAST."

Вебстер Гуань создал вычислительную систему "UNSLICE," которая бесшовно воссоединяет срезы для реконструкции полушария в 3D до точного совмещения кровеносных сосудов и аксонов нейронов.