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まるでGoogleマップ。いまや脳神経のマッピングが可能な時代に突入

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本記事は、New Technique Can Map Neural Circuits With Single-Cell Resolution
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分17秒

・神経科学者は、DNA、タンパク質、その他の分子を視覚化するために、SHIELDと呼ばれる新しい方法を開発中である。
・組織に損傷を与えることなく、単一細胞の解像度で脳内のニューロン間の接続を追跡可能。

 

生物学的システムを詳細に理解するには、複数のスケールにわたる構造情報と分子情報を統合する必要があります。現在の技術は複数の生体分子を提供することができますが、それらは細胞の数層内でしかマッピングできません。

 

無傷の組織を処理するための既存の方法は、その外観に基づいて生物を分類するのに十分な能力がありますが、処理中の生体分子の分解や組織の損傷による情報の損失につながることがよくあります。高温への曝露やプロテアーゼによる消化などの非生理学的治療は、タンパク質を分解し、組織構造に損傷を与える可能性があります。

 

最近、MITの神経科学者と化学技術者は、細胞内のDNA、タンパク質、その他の分子を視覚化し、生体組織に損傷を与えることなくニューロン間の接続を追跡する新しい方法を開発しました。

 

組織変換戦略

彼らは、分解を防ぐために分子内エポキシド結合を介した過酷な条件下でのこの方法の安定化を呼んでいます(SHIED)。接着剤の製造に使用される反応性有機分子である柔軟なポリエポキシドを利用して、生体分子との分子間および分子内架橋を制御します。

 

この方法は、脳内のニューロン間の接続を単一細胞の解像度でマッピングするために使用できます。また、分子組織を保存するため、同じ組織から完全に統合された方法で多次元のマルチスケールデータを提供できます。

 

この方法を開発するために、5つの分岐と柔軟なバックボーンを含むエポキシドを研究者達が選択しました。各ブランチは、タンパク質(アミノ酸)のビルディングブロック、およびDNA、RNA、その他の分子と接続できます。柔軟なバックボーンにより、エポキシドは標的生体分子に沿った複数の場所に結合し、隣接する分子との架橋を形成します。

 

これにより、組織構造全体が堅固になり、酸、熱、その他の有毒化学物質による損傷に耐えることができます。また、SHIEDは、抗原性や蛍光など、生体分子の重要な特性を保護します。


GAD1タンパク質を発現するニューロンは青色でラベル付けされ、赤色でラベル付けされたニューロンはパルブアルブミンタンパク質を発現する。

 

より大きな組織と臨床サンプルを保存するために、神経科学者は化学反応の速度を制御するSWITCHと呼ばれる別の技術でSHIELDを使用しました。彼らは最初にSWITCH-OFFバッファーを適用して化学反応を停止し、エポキシドを組織全体に拡散させました。次に、SWITCH-ONバッファーを使用して、エポキシドを隣接する分子に結合しました。

 

最後に、彼らはさまざまな電場(生体分子の輸送速度を上げるための実証済みの技術)を適用して、組織の標識プロセスをスピードアップしました。生検組織の保護からラベル付けまでの全手順は、わずか4時間以内に実行できますが、既存の組織診断技術では、無傷の生検サンプルを処理するのに数日または数週間かかります。


厚さ5mmのSHIELD-MAP組織の体積イメージング

 

組織サンプルの迅速でより有益な生検

この研究では、神経科学者は、脳の大脳基底核の特定の部分である淡蒼球外節から始まる脳回路をマッピングしました。モーター制御を含む多くの動作を処理します。この地域は、パーキンソン病の治療によく使用される脳深部刺激療法の対象にもなっています。

 

マウスの脳では、淡蒼球外のニューロンと脳の他の領域との間のリンクをマッピングすると同時に、これらのニューロン間の推定シナプスリンクの数を数えることができました。急速に増加する腫瘍細胞を標的とする抗体を使用して腎臓腫瘍を標識することも可能です。

 

これまでに、研究者はSHIELDを世界中の50以上の研究所に配布しており、現在、この技術を広く利用できるようにするために取り組んでいます。

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