Ameerika teadlased: suudame aju üles pildistada enneolematult detailselt, lahutus on suisa pöörane

Inimese ajukude Alzheimeri tõvega inimese orbitofrontaalsest ajukoorest. Foto: Chung Lab / MIT Picower Institute

Nüü ei pea enam valima, kas uurida üksikut inimaaju katkendlike piltidena või suuremaid struktuure piksliliselt. USA teadlaste meeskonna väljatöötatud uus pildistamise viis ühendab sujuvalt aju rakud, nende ühendused ja sisu kogu aju hõlmavate närvivõrkude kaartidega, mis moodustavad aju üldise arhitektuuri. See uus meetod võimaldab korraga samale pildile saada kõik ajuosad – väikseimast alates.

Need aju bioloogia elemendid eksisteerivad erinevatel skaaladel, alates nanomeetrisuurustest sünaptilisest ühendustest kuni sentimeetripikkuste ajupiirkondadeni, mis on seni nõudnud mitut proovi erinevatest ajudest, kasutades erinevaid tehnoloogiaid.

Platvormi esimesel demonstratsioonil, kus kasutati kahte tervet ajutükki, on avastatud erilisi muutusi Alzheimeri tõvega inimese ajus.

Uus platvorm koosneb kolmest põhielemendist, kuidas ajukudesid viilutada, neid seejärel töödelda ja siis pildistada ning teha seda enneolematult suure lahutusvõime ja kiirusega, nagu selgitab Kwanghun Chung, Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) keemiatehnoloog ja uurimisrühma juht.

Täpne ajukudede lõikamine ja pildistamine

Esmalt lõikab innovaatiline seade ajukoe viiludeks, kasutades hoolikalt häälestatud vibreerivat lõiketera, et vältida koe lagunemist ja eraldada rakud puhtalt õhukeste viiludena ilma nende ühendusi katkestamata.

Seejärel muundatakse keemilise tehnika abil need koetükid venivaks, laiendatavaks koehüdrogeeliks, millega märgistatakse antikehade abil ajukoes olevad valgud ja muud struktuurid, et neid siis kõrglahutusega pildistada.

Lõpuks «õmbleb» arvutipõhine tarkvaratööriist need lõigatud koed uuesti kokku ja kaardistab üksikute rakkude vahelised ühendused. Need üksikute ajurakkude «projektoomid» integreeritakse seejärel profiilidega, mis kajastavad igas rakus väljendatud molekule.

«Me peame suutma näha kõiki neid erinevaid funktsionaalseid komponente – rakke, nende morfoloogiat ja ühenduvust, rakusiseseid arhitektuure ja individuaalseid sünaptilisi ühendusi – ideaalis samas ajus,» selgitab Chung. «See tehnoloogia võimaldab meil tõesti kõik need olulised omadused samast ajust terviklikult välja võtta.»

Platvormi pildistamisvõimekuse näitamiseks tõid teadlased näiteid, kus nad märgistasid ühe terve ajupoolkera, seejärel suumisid rakkude ahelat, ja lõpuks jõudsid üksikute rakkude ja nende ühenduste juurde, milles on näha ka sünapsid.
Vaata ka asjakohast videot:
<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/05pcmDtwjzE?si=g2702QFGbzVvHpFc" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen></iframe>.

Loodud süsteem seob kokku nii rakud, nendevahelised seosed kui ka veresooned, mis  on rakkude vahel.

Teadlased pildistasid kahe doonori terveid ajusid, kellest üks põdes Alzheimeri tõbe ja teine mitte.

Nad avastasid Alzheimeri tõve tavapärased patoloogilised tunnused, sealhulgas amüloidnaastude ja taukeerdude kuhjumise ning närvirakkude kokkutõmbumise, kuid nende pildistamine tõi esile ka mõningaid peenemaid erinevusi.

Alzheimeri tõvega patsiendi ajurakkude aksonid olid paistes. Ajurakud tau- ja amüloidvalkudega koormatud piirkondades olid kaotanud oma kaitsva müeliinikatte ja  olid taandunud oma naabritest.

See toetab neuropildistamise uuringuid, mis viitavad orbitofrontaalkorteksi (orbitofrontal cortex) ühenduvuse tõsisele kahjustumisele Alzheimeri tõve hilises staadiumis, kirjutavad teadlased artiklis.

Vaata videot:
 

Teadlased on hiljuti loonud mõned ülimalt üksikasjalikud inimaju kujutised, suumides ühe kuupmillimeetri ajukoe sisse – kümneaastane jõupingutus, mis lõpuks tootis 1,4 petabaiti andmeid.

Aju muutuste pildistamine, kui see selliste haigustega, nagu Alzheimeri tõbi, aeglaselt laguneb, on keerulisem ülesanne, sest teadlased töötavad sageli lahkamisele järgnenud ajukudedega, mis on annetatud kellegi elu lõpus, või tuginevad traditsioonilistele ajuuuringutele, nagu MRI, lootes tuvastada muutusi enne haiguse algust.

Pole veel selge, kuidas platvorm kohandub kiiresti arenevate aju pildistamise edusammudega, kuid meeskond on optimistlik, et nende süsteem aitab kaasa uute ravimeetodite väljatöötamisele ja maksimeerib väärtuslikest doonorkudedest saadava teabe hulka.

«See süsteem võimaldab meil peaaegu piiramatut juurdepääsu kudedele,» ütleb Chung. «Saame alati midagi uut uurida.»

Uuring on avaldatud ajakirjas Science. 

Allikas: Sciencealert