Ny teknikk registrerer aktiviteten til nesten hver eneste celle i et levende dyr

Forskere ved HHMI's Janelia Research Campus har utviklet en teknikk som kan registrere sanntidssignaler fra nesten hver eneste celle i et levende virveldyr samtidig. Dette er en førstegangsbragd innen biologien som gir et enestående innblikk i hvordan kroppens organer og systemer koordinerer i sanntid.

En ny måte å lytte til kroppen på

Metoden, kalt WHOLISTIC (WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity), ble utviklet av Virginie Ruetten, en postdoktor i laboratoriet til Misha Ahrens ved Janelia, og publisert onsdag i Nature. Ved å spore kalsiumsignaler, som er molekylvalutaen celler bruker for å kommunisere, fanger systemet opp cellulær aktivitet i hjerte- og karsystemet, fordøyelsessystemet og nervesystemet hos en sebrafisklarve samtidig.eurekalert+2

Teknikken bygger på over et tiår med arbeid fra Ahrens-laboratoriet, som var pionerer innen metoder for å avbilde kalsiumsignaler i hele hjernen til en sebrafisklarve. WHOLISTIC utvider denne tilnærmingen til hele kroppen ved å bruke høyhastighets volumetrisk fluorescensavbildning og beregningsverktøy for å spore og samkjøre signaler på tvers av vev og celletyper.phys

"Dette arbeidet bygger bro mellom to fundamentale skalaer i biologien, cellen og organismen, slik at vi nå kan tette dette observasjonsgapet," sier Ruetten.eurekalert+1

Tidlige oppdagelser

Metoden har allerede gitt resultater, inkludert oppdagelsen av at hjernestammen kontrollerer omdirigering av blodstrøm fra tarmen til hjernen og musklene under forhold med lite oksygen. Forskerne observerte også svingninger i aktivitet langs ryggmargen som stammet fra ependymceller i perioder med hvile, noe som tyder på at disse cellene kan spille en rolle i søvn. Systemet avslørte videre at ketamin stimulerer hjernehinnene sammen med nevroner, og identifiserte kondrocytter, hovedcellene i brusk, som responsive for kulde.phys

"Vi vet at evolusjonen har skapt fungerende organismer, men evolusjonen brydde seg ikke om hvorvidt en beslutning ble implementert i hjernens prefrontale cortex eller i en forbindelse mellom hjernestammen og urinblæren," sier Ahrens.hhmi+1

Veien videre

Teamet, som inkluderte samarbeidspartnere ved University College London, Virginia Tech og Tsinghua University, tilpasser nå metoden for bruk i Danionella, en fisk som forblir gjennomsiktig gjennom hele livet, noe som muliggjør studier av mer kompleks atferd. Mikroskopet metoden bruker er vanlig i biologilaboratorier, og beregningsverktøyene er åpen kildekode, noe som gjør tilnærmingen tilgjengelig for forskere over hele verden.hhmi+2

"Det finnes ikke lenger noen skjulte deler, og på det tidspunktet tror jeg vi har en sjanse til en reell, fullstendig forståelse," sier Ahrens.phys