Νέα τεχνική καταγράφει τη δραστηριότητα σχεδόν κάθε κυττάρου σε ζωντανό οργανισμό

Επιστήμονες στο Ερευνητικό Κέντρο Janelia του HHMI ανέπτυξαν μια τεχνική ικανή να καταγράφει ταυτόχρονα σήματα επικοινωνίας σε πραγματικό χρόνο από σχεδόν κάθε κύτταρο ενός ζωντανού σπονδυλωτού, μια πρωτιά στη βιολογία που προσφέρει μια άνευ προηγουμένου εικόνα για το πώς τα όργανα και τα συστήματα του σώματος συντονίζονται σε πραγματικό χρόνο.

Ένας νέος τρόπος για να ακούσουμε το σώμα

Η μέθοδος, που ονομάζεται WHOLISTIC (WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity), αναπτύχθηκε από τη Virginie Ruetten, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο του Misha Ahrens, ανώτερου ομαδάρχη στη Janelia, και δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature. Παρακολουθώντας τα σήματα ασβεστίου, το μοριακό νόμισμα που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να επικοινωνούν με τους γείτονές τους, το σύστημα αποτυπώνει την κυτταρική δραστηριότητα σε ολόκληρο το καρδιαγγειακό, πεπτικό και νευρικό σύστημα ενός προνυμφικού ψαριού-ζέβρα ταυτόχρονα.eurekalert+2

Η τεχνική βασίζεται σε περισσότερα από δέκα χρόνια εργασίας από το εργαστήριο του Ahrens, το οποίο πρωτοστάτησε σε μεθόδους απεικόνισης σημάτων ασβεστίου σε ολόκληρο τον εγκέφαλο του ψαριού-ζέβρα. Το WHOLISTIC επεκτείνει αυτή την προσέγγιση σε ολόκληρο το σώμα, χρησιμοποιώντας ογκομετρική απεικόνιση φθορισμού υψηλής ταχύτητας και υπολογιστικά εργαλεία για την παρακολούθηση και ευθυγράμμιση σημάτων σε ιστούς και κυτταρικούς τύπους.phys

"Αυτή η εργασία γεφυρώνει δύο θεμελιώδεις κλίμακες της βιολογίας, το κύτταρο και τον οργανισμό, έτσι ώστε να μπορούμε πλέον να καλύψουμε αυτό το κενό παρατηρησιμότητας", δήλωσε η Ruetten.eurekalert+1

Πρώιμες ανακαλύψεις

Η μέθοδος έχει ήδη αποδώσει καρπούς, συμπεριλαμβανομένης της ανακάλυψης ότι το εγκεφαλικό στέλεχος ελέγχει την ανακατεύθυνση της ροής του αίματος από το έντερο προς τον εγκέφαλο και τους μύες κατά τη διάρκεια συνθηκών χαμηλού οξυγόνου. Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης ταλαντώσεις δραστηριότητας κατά μήκος του νωτιαίου μυελού που ξεκινούν από επενδυματικά κύτταρα κατά τις περιόδους κινητικής ηρεμίας, υποδηλώνοντας ότι αυτά τα κύτταρα μπορεί να παίζουν ρόλο στον ύπνο. Το σύστημα αποκάλυψε επιπλέον ότι η κεταμίνη διεγείρει τις μήνιγγες μαζί με τους νευρώνες, ενώ εντόπισε τα χονδροκύτταρα, τα κύρια κύτταρα του χόνδρου, ως ευαίσθητα στο κρύο.phys

"Γνωρίζουμε ότι η εξέλιξη έχει δημιουργήσει λειτουργικούς οργανισμούς, αλλά την εξέλιξη δεν την ενδιέφερε αν μια απόφαση υλοποιούνταν στον προμετωπιαίο φλοιό του εγκεφάλου ή σε μια σύνδεση μεταξύ του εγκεφαλικού στελέχους και της ουροδόχου κύστης", δήλωσε ο Ahrens.hhmi+1

Κοιτάζοντας το μέλλον

Η ομάδα, στην οποία συμμετείχαν συνεργάτες από το University College London, το Virginia Tech και το Πανεπιστήμιο Tsinghua, προσαρμόζει τώρα τη μέθοδο για χρήση στο Danionella, ένα ψάρι που παραμένει διαφανές καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του, επιτρέποντας τη μελέτη πιο σύνθετων συμπεριφορών. Το μικροσκόπιο που χρησιμοποιεί η μέθοδος βρίσκεται συνήθως σε βιολογικά εργαστήρια και τα υπολογιστικά εργαλεία είναι ανοιχτού κώδικα, καθιστώντας την προσέγγιση προσβάσιμη σε ερευνητές παγκοσμίως.hhmi+2

"Δεν υπάρχουν πλέον κρυμμένα μέρη, στο τέλος, και σε αυτό το σημείο, πιστεύω ότι έχουμε μια ευκαιρία για μια πραγματική, πλήρη κατανόηση", δήλωσε ο Ahrens.phys