Az emberi hajszálnál százszor vĂ©konyabb struktĂşrákban sikerĂĽlt megfigyelni az emlĂ©kek megszĂĽletĂ©sĂ©t egy magyar kutatĂłk által fejlesztett speciális mikroszkĂłp segĂtsĂ©gĂ©vel. A felfedezĂ©s Ăşj távlatokat nyithat az idĹ‘skori Ă©s neurolĂłgiai betegsĂ©gek kezelĂ©sĂ©ben.
A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman IntĂ©zet, a BrainVisionCenter (BVC), valamint a HUN-REN KĂsĂ©rleti Orvostudományi KutatĂłintĂ©zet (KOKI) közös kutatása forradalmi eredmĂ©nyt hozott: a magyar fejlesztĂ©sű 3D-lĂ©zerpásztázĂł mikroszkĂłp segĂtsĂ©gĂ©vel elsĹ‘kĂ©nt sikerĂĽlt Ă©lĹ‘ állatban másodpercek töredĂ©ke alatt, az emberi hajszálnál százszor vĂ©konyabb struktĂşrákban megfigyelni az emlĂ©kek megszĂĽletĂ©sĂ©t - Ărták a Magyar Kutatási HálĂłzat (HUN-REN) MTI-hez eljuttatott szerdai közlemĂ©nyĂ©ben. A tanulmány a Nature cĂmű folyĂłirat tavaly decemberi számában jelent meg.
Az emlékek felidézése az agysejtek közötti kapcsolatok, az úgynevezett szinapszisok erősségének változásán alapul. Bár ez az elmélet már csaknem ötven éve ismert, a tudósoknak egészen mostanáig nem sikerült közvetlenül megfigyelniük ezeket a szinaptikus változásokat élő rágcsálómodellben. Az utóbbi években a mikroszkópos technológiák fejlődése lehetővé tette, hogy a kutatók valós időben tanulmányozhassák az élő, viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását is.
"A pontos genetikai Ă©s molekuláris cĂ©lpontok meghatározásához Ă©s a jövĹ‘beni terápiákhoz mĂ©lyebb ismeretekre van szĂĽksĂ©g a memĂłria rögzĂĽlĂ©sĂ©nek Ă©s kialakulásának mechanizmusairĂłl" - hangsĂşlyozta a közlemĂ©nyben Losonczy Attila, a Columbia Egyetem Zuckerman IntĂ©zetĂ©nek vezetĹ‘ kutatĂłja. A beszámolĂł szerint az ezen mechanizmusok feltárására alapulĂł terápiás Ă©s diagnosztikai kĂĽldetĂ©s a tervek szerint rĂ©szben a kollaboráciĂłs partnernĂ©l, a RĂłzsa Balázs Ă©s Roska Botond által alapĂtott BVC-ben fog megvalĂłsulni.
A hippokampusz az agy egyik legtöbbet vizsgált területe, de az elmúlt évtizedek kutatásai főként EEG vizsgálatokra és agyszelet preparátumokra támaszkodtak. Ezen módszerek bár szükségesek, korlátozott lehetőségeket nyújtanak, mivel nem teszik lehetővé az agyi folyamatok valós idejű és nagy felbontású vizsgálatát élő állatokban. Pedig a neurális hálózatok valós idejű megfigyelése elengedhetetlen az agyműködés mélyebb megértéséhez, amihez olyan technológiák kellenek, amelyek gyorsan és pontosan képesek pásztázni a sejteket és szinapszisokat nagyobb térfogatú mintákban.
Losonczy Attila és kutatócsoportjának Nature-ben közölt munkája ebben hozott nagy áttörést. Céljuk az volt, hogy kidolgozzanak egy módszertant, amellyel a tanulásért és memóriáért felelős idegsejtek hosszú távú szinaptikus plaszticitása, vagyis a szinapszisok erősségének változása (amely akár órákig, napokig is tarthat) valós időben, élő rágcsálómodellekben is mérhetővé válik.
Az áttörĂ©s elĂ©rĂ©sĂ©ben kulcsszerepet játszott a HUN-REN KOKI RĂłzsa Balázs által vezetett kutatĂłcsoportjának segĂtsĂ©gĂ©vel kifejlesztett, Ă©s a BVC-ben is alkalmazott, speciális kĂ©tfoton lĂ©zerpásztázĂł mikroszkĂłptechnolĂłgia. A 3D-s valĂłs idejű kĂ©pstabilizáciĂłval felszerelt rendszer kĂ©pes az agy folyamatos mozgását kompenzálni, lehetĹ‘vĂ© tĂ©ve az agy aprĂł elemi komponenseinek, a sejteknek Ă©s a sejtnyĂşlványoknak a vizsgálatát.
Az Ă©lĹ‘ állatmodelles kĂsĂ©rletekben a zsigeri mozgások (mint pĂ©ldául szĂvverĂ©s, lĂ©legzĂ©s), illetve az akaratlagos mozgás akár több tĂz mikromĂ©ternyi elmozdulást is okozhatnak, amely lĂ©nyegesen nagyobb, mint maguk a mĂ©rendĹ‘ struktĂşrák. Ez viszont ellehetetlenĂti a nagy tĂ©rbeli Ă©s idĹ‘beli felbontással törtĂ©nĹ‘ mĂ©rĂ©seket, hiszen a mĂ©rendĹ‘ biolĂłgiai kĂ©pletek (sejttestek, sejtnyĂşlványok) folyamatosan kitĂ©rnek a lĂ©zerpásztázás alĂłl.
"Az általunk fejlesztett femtoszekundumos (ez a másodperc ezermilliárdodrészének egymilliomod része, ennyi idő alatt a fény 0,3 mikrométert halad, ami nagyjából egy baktérium méretének felel meg) lézerpásztázó eljárás valós időben és 3D-ben kompenzál a mozgásra" - magyarázta az új módszer hasznosságát Rózsa Balázs, a BVC igazgatója, a publikáció kollaborációs partnere.
A berendezés képes az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban megfigyelni az összes aktivitást, és elég gyors ahhoz, hogy elkapja a szinapszisok erősségének változásait, amelyek másodpercek századrésze alatt történnek. A mikroszkóprendszernek az úgynevezett feszültségszenzorokkal együtt alkalmazva sikerült az, ami korábban megoldhatatlannak tűnt: élő, viselkedő állat agyában feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén.
A kutatĂłcsoport egyik legnagyobb meglepetĂ©se az volt, hogy a megfigyelt hippokampális neuronok (ezek az agy temporális lebenyĂ©ben helyezkednek el, a tanulásban, a memĂłriában Ă©s a tĂ©rbeli tájĂ©kozĂłdásban játszanak kulcsszerepet) szinapszisai nem viselkedtek egyformán az idegsejtek faágszerűen szĂ©tágazĂł nyĂşlványai, az Ăşgynevezett dendritek mentĂ©n. A piramis alakĂş sejtek csĂşcsa közelĂ©ben lĂ©vĹ‘ ágak szinapszisainak aktivitása Ă©s erĹ‘ssĂ©ge változott a kĂsĂ©rletek során, mĂg a sejtek bázisa közelĂ©ben lĂ©vĹ‘kĂ© nem.
"MĂ©g mindig nem világos, miĂ©rt van ez Ăgy, miĂ©rt lehet ez a mechanizmus fontos" - fejtette ki Losonczy Attila. "Tudjuk, hogy az emlĂ©kek több szinten szervezĹ‘dnek, a szinapszisoktĂłl az egyes neuronokig Ă©s idegi áramkörökig, Ă©s most azt látjuk, hogy akár sejten belĂĽli szinten is szervezĹ‘dhetnek" - tette hozzá.
Mindez megnyitja az utat további kĂsĂ©rletekhez, amiben megprĂłbálják megĂ©rteni, hogyha a szinapszis erĹ‘ssĂ©ge megváltozik, mik azok a molekuláris, biokĂ©miai genetikai változások, amelyek ezt az erĹ‘ssĂ©get megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják.
(MTI)