Ny teknik registrerar aktiviteten i nästan varje cell hos ett levande djur

Forskare vid HHMI's Janelia Research Campus har utvecklat en teknik som kan registrera kommunikationssignaler i realtid från nästan varje cell i ett levande ryggradsdjur. Detta är ett genombrott inom biologin som ger en oöverträffad inblick i hur kroppens organ och system samverkar i realtid.

Ett nytt sätt att lyssna på kroppen

Metoden, som kallas WHOLISTIC (WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity), utvecklades av Virginie Ruetten, postdoktor i Misha Ahrens lab vid Janelia, och publicerades på onsdagen i Nature. Genom att spåra kalciumsignaler, den molekylära valuta som celler använder för att kommunicera, fångar systemet upp cellulär aktivitet i hjärt-kärlsystemet, matsmältningssystemet och nervsystemet hos en zebrafisklarv på en och samma gång.eurekalert+2

Tekniken bygger på över ett decennium av arbete från Ahrens-labbet, som var pionjärer när det gäller att avbilda kalciumsignaler i hela hjärnan hos en zebrafisklarv. WHOLISTIC utökar detta tillvägagångssätt till hela kroppen genom att använda höghastighetsvolymetrisk fluorescensavbildning och beräkningsverktyg för att spåra och synkronisera signaler över olika vävnader och celltyper.phys

"Detta arbete överbryggar två fundamentala skalor inom biologin, cellen och organismen, så att vi nu kan fylla det observationsgapet," säger Ruetten.eurekalert+1

Tidiga upptäckter

Metoden har redan gett resultat, inklusive upptäckten att hjärnstammen styr omdirigeringen av blodflödet från tarmen till hjärnan och musklerna vid syrebrist. Forskarna observerade även oscillerande aktivitet längs ryggmärgen som härrörde från ependymceller under perioder av motorisk vila, vilket tyder på att dessa celler kan spela en roll i sömnen. Systemet avslöjade vidare att ketamin stimulerar hjärnhinnorna tillsammans med neuroner, och identifierade kondrocyter, de huvudsakliga cellerna i brosk, som responsiva för kyla.phys

"Vi vet att evolutionen har skapat fungerande organismer, men evolutionen brydde sig inte om huruvida ett beslut implementerades i hjärnans prefrontala cortex eller i en koppling mellan hjärnstammen och urinblåsan," säger Ahrens.hhmi+1

Framåtblickande

Teamet, som inkluderade samarbetspartners vid University College London, Virginia Tech och Tsinghua University, anpassar nu metoden för användning i Danionella, en fisk som förblir genomskinlig under hela sitt liv, vilket möjliggör studier av mer komplexa beteenden. Mikroskopet som metoden använder finns vanligtvis i biologilabb, och beräkningsverktygen är med öppen källkod, vilket gör metoden tillgänglig för forskare över hela världen.hhmi+2

"Det finns inga dolda delar längre, och vid den punkten tror jag att vi har en chans till en verklig, fullständig förståelse," säger Ahrens.phys