מוח עכבר מצולם מהמיקרוסקופי לרמה המקרוסקופית: באמצעות טכנולוגיית רנטגן מתקדמת, חוקרים צילמו לראשונה מוח עכבר שלם, מהסינפסה לרמת המוח כולה.

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
X-ray_Promo1


חוקרים מאוניברסיטת שיקגו ומעבדת הארגון הלאומית בארגון (DOE) בארגון האמריקאי (ARN) עשו שימוש במינוני טכניקות מיקרוסקופיה מתקדמות קיימות כדי לגשר על הפער בין MRI (הדמיית תהודה מגנטית) לבין הדמיה מיקרוסקופית אלקטרונים, וסיפקו צינור בר קיימא לכלל רב-תחומי הדמיית מוח בתוך אותו מוח. הדגמת הוכחת הקונספט כללה הדמיה של מוח עכבר שלם על פני חמישה סדרי גודל של רזולוציה, צעד שלדברי החוקרים יחבר טוב יותר גישות הדמיה קיימות ויחשוף פרטים חדשים על מבנה המוח.

המקדמה, שפורסמה ב- 9 ביוני NeuroImage, יאפשר למדענים לחבר סמנים ביולוגיים ברמה המיקרוסקופית והמקרוסקופית, לשפר את הרזולוציה של הדמיה MRI ולספק הקשר גדול יותר למיקרוסקופ אלקטרונים.

"המעבדה שלנו באמת מעוניינת למפות מוחות בהיקפים מרובים בכדי לקבל תיאור משוחד של איך המוח נראה", אמר הסופר הבכיר נראיאנאן "בובי" קסטורי, מרצה לנוירוביולוגיה באוצ'יקגו וחוקר מדעי המוח בארגון. "כשהצטרפתי לפקולטה כאן, אחד הדברים הראשונים שלמדתי היה שלארגונה יש את המיקרוסקופ הרנטגן החזק הזה, והוא עדיין לא שימש למיפוי מוח, אז החלטנו לנסות אותו."

המיקרוסקופ משתמש בסוג של הדמיה הנקראת טומוגרפיה מבוססת רנטגן מבוססת סינכרוטרון, שניתן להשוות אותה לסריקת "מיקרו-CT" או טומוגרפיה ממוחשבת. הודות לצילומי הרנטגן החזקים המיוצרים על ידי מאיץ החלקיקים הסינכרוטרונים בארגון, הצליחו החוקרים לדמיין את כל מוח העכבר-בערך סנטימטר מעוקב-ברזולוציה של מיקרון, 1/10,000 סנטימטר. לקח בערך שש שעות לאסוף תמונות של המוח כולו, והוסיפו עד כ -2 טרה -בתים (TB) של נתונים. זוהי אחת הגישות המהירות ביותר להדמיית מוח שלם ברמת רזולוציה זו.

MRI יכול לדמיין במהירות את כל המוח כדי להתחקות אחר דרכי עצב, אך הרזולוציה אינה מספיקה כדי להתבונן בנוירונים בודדים או בקשרים שלהם. בצד השני של הסקאלה, מיקרוסקופ אלקטרונים (EM) יכול לחשוף את פרטי הסינפסות האינדיבידואליות, אך מייצר כמות עצומה של נתונים, מה שהופך אותו למאתגר מבחינה חישובית להסתכל על פיסות רקמת המוח הגדולות מכמה מיקרומטר בנפח. טכניקות קיימות ללימוד נוירו-אנטומיה ברזולוציה של מיקרומטר הן בדרך כלל רק דו-ממדיות או שימוש בפרוטוקולים שאינם תואמים הדמיה MRI או EM, מה שהופך את זה בלתי אפשרי להשתמש באותה רקמת מוח להדמיה בכל קנה מידה.

החוקרים הבינו במהירות כי גישת המיקרו-CT החדשה שלהם, או μCT, יכולה לסייע לגשר על פער הרזולוציה הקיים הזה. "היו הרבה מחקרי הדמיה בהם אנשים משתמשים ב- MRI כדי לבחון את כל רמת המוח ולאחר מכן מנסים לאמת את התוצאות באמצעות EM, אך ישנה הפרעה ברציפות", אמר המחבר הראשון שון פוקסלי, דוקטורנט, פרופסור עוזר מחקר. ב- UChicago. "קשה להגיד משהו על נפח הרקמות הגדול שאתה רואה עם MRI כשאתה מסתכל על מאגר נתונים של EM, והרנטגן יכול לגשר על הפער הזה. עכשיו סוף סוף יש לנו משהו שיכול לתת לנו להסתכל על כל הרמות של רזולוציה בצורה חלקה. "

שילוב המומחיות שלהם ב- MRI ו- EM, Foxley, Kasthuri ושאר הצוות שלהם בחרו לנסות למפות מוח עכבר אחד באמצעות שלוש גישות אלה. "למה בחרנו במוח העכבר? כי הוא נכנס למיקרוסקופ", אמר קסטהורי בצחוק. "אבל גם העכבר הוא סוס העבודה של מדעי המוח; הם שימושיים מאוד לניתוח תנאי ניסוי שונים במוח."

לאחר איסוף ושימור הרקמה, הצוות הניח את הדגימה בסורק MRI כדי לאסוף תמונות מבניות של המוח כולו. לאחר מכן, הוא הונח על במה מסתובבת בסורק ה- μCT במקור הפוטון המתקדם, משרד DOE למתקן משתמשים, כדי לאסוף את נתוני ה- CT לפני שזוהו אזורי עניין ספציפיים בגזע המוח ובמוח הקטן לצורך מיקוד ל- EM.

לאחר חודשים של עיבוד נתונים ומעקב אחר תמונות, החוקרים קבעו כי הם מסוגלים להשתמש בסמנים המבניים שזוהו ב- MRI כדי לאתר קבוצות משנה עצביות ספציפיות באזורי מוח ייעודיים, וכי הם יכולים לעקוב אחר גודל וצורה של גופי תא בודדים. הם גם יכלו להתחקות אחר האקסונים של נוירונים בודדים בזמן שהם נסעו במוח, ויכולים לחבר את המידע מתמונות ה- μCT למה שהם ראו ברמה הסינפטית עם ה- EM.

הגישה הזו, לדברי הצוות, לא רק תועיל להדמיית המוח ברזולוציית μCT, אלא גם להודיע ​​על הדמיה של MRI ו- EM.

"הדמיה של קובייה של מילימטר אחד של המוח בעזרת EM, שהיא המקבילה בערך ברזולוציה המינימלית של תמונת MRI, מייצרת כמעט מיליון ג'יגה-בייט של נתונים", אמר קסטהורי. "וזה רק להסתכל על קובייה של מילימטר אחד! אני לא יודע מה קורה בקוביה הבאה, או הבאה, כך שאין לי ממש הקשר למה שאני רואה עם EM. MRI יכול לספק קצת הקשר אלא שהקנה מידה גדול מכדי לגשר עליו. כעת ה- μCT הזה נותן לנו את ההקשר הדרוש לעבודה שלנו ב- EM ".

בצד השני של הסקאלה, פוקסלי מתרגש כיצד גישה זו יכולה להועיל להבנת המוח החי באמצעות MRI. "טכניקה זו נותנת לנו דרך ברורה באמת לזהות שינויים במבנה המיקרו של המוח כאשר קיימת מחלה או פציעה", אמר. "אז עכשיו אנחנו יכולים להתחיל לחפש סמנים ביולוגיים עם ה- μCT שנוכל לעקוב אחר מה שאנו רואים ב- MRI במוח החי. הצילום מאפשר לנו להסתכל על דברים ברמה התאית, אז נוכל לשאול, מה השתנה ברמה הסלולרית שהביא לשינוי גלובלי באות ה- MRI ברמה המקרוסקופית? "

החוקרים כבר משתמשים בטכניקה זו כדי להתחיל לחקור שאלות חשובות במדעי המוח, תוך התבוננות במוחם של עכברים שעברו הנדסה גנטית לפתח מחלת אלצהיימר כדי לראות אם הם יכולים לאתר את הלוחות Ab הנראים עם μCT בחזרה לשינויים הניתנים למדידה בסריקות MRI, במיוחד בשלבים מוקדמים של המחלה.

חשוב מכך, מכיוון שעבודה זו נעשתה במעבדה הלאומית, משאב זה יהיה פתוח ונגיש באופן חופשי למדענים אחרים ברחבי העולם, ויאפשר לחוקרים להתחיל לשאול ולענות על שאלות המקיפות את כל המוח ולהגיע עד לרמה הסינפטית. .

אולם כרגע, קבוצת UChicago מעוניינת ביותר להמשיך ולחדד את הטכניקה. "השלב הבא הוא לעשות מוח פרימטי שלם," אמר קסטהורי. "מוח העכבר אפשרי ושימושי עבור מודלים פתולוגיים. אבל מה שאני באמת רוצה לעשות זה להמחיש מוח פרימטי שלם עד לרמה של כל נוירון וכל קשר סינפטי. וברגע שאנחנו עושים את זה, אני רוצה לעשות המוח האנושי כולו. "

המחקר, "הדמיה רב-מודאלית של מוח עכבר אחד על פני חמישה סדרי גודל של רזולוציה", נתמך על ידי פרס חדשנות טכנית של קרן מקנייט, מענק יוזמת המוח (U01 MH109100), הקרן הלאומית למדע, הלאומי המכון להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (F31NS113571), והמכונים הלאומיים לבריאות (R01EB026300, S10-OD025081, S10-RR021039 ו- P30- CA14599). מחברים נוספים כוללים את Vandana Sampathkumar, Scott Trinkle, Anastasia Sorokina, Katrina Norwood ו- Patrick La Riviere של UChicago ו- Vincent De Andrade מהמעבדה הלאומית בארגון.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-06-29 00:05:56

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר