Мозг сделали прозрачным

Давняя мечта нейробиологов — увидеть разом все межнейронные связи в мозге и не запутаться в них — кажется, начинает сбываться. Как сообщают в журнале Nature исследователи из Стэнфордского университета (США), им удалось сделать мозг оптически прозрачным, но при этом так, что нейроны в нём остаются видимыми.

Существующие нейроанатомические технологии позволяют рассмотреть клеточную структуру мозга, но лишь на очень тонких срезах ткани. Чтобы понять, как устроена какая-нибудь функциональная зона мозга целиком, нужно совместить огромное количество таких «стоп-кадров» — и сделать это без ошибок. Решить такую головоломку чрезвычайно трудно, практически невозможно.

Учёные из Стэнфорда придумали, как увидеть мозг изнутри, не прибегая к «шинкованию» его на тысячи кусочков. Главным препятствием для лучей света служат липиды, из которых состоит, например, миелиновая обмотка нейронных аксонов. Липиды можно удалить детергентом — скажем, лаурилсульфатом натрия (популярнейший реагент, который можно найти абсолютно в любой лаборатории). И такие попытки неоднократно предпринимались, однако вместе с липидами детергент вымывал и значительное количество белков. То есть перед исследователями стояла задача защитить от детергента всё, кроме липидов.

Сделать это удалось с помощью акриламида, ещё одного сверхпопулярного вещества, способного полимеризоваться с образованием геля. Лаборатория Карла Дайссерота разработала следующую технологию: мозг пропитывался акриламидом, связывавшим белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулы, за исключением липидов. Затем акриламид полимеризовался, и в результате макромолекулы оказывались закреплены в обширной полимерной сетке. При вымывании из этой сетки липидов терялось всего 8% белков (сравните с 41%, вымывавшимся при использовании других методов).

Применив эту технологию, названную CLARITY, к целому мозгу мыши, удалось увидеть нейронную структуру от внешних слоёв коры до таких глубин, как таламус (нейроны при этом несли флюоресцентные метки, без которых их никто в опрозрачненном мозге не увидел бы). Удалось проследить и путь нервного волокна в полумиллиметровом срезе человеческого мозга — и тут необходимо заметить, что для прочих нейроанатомических методов такая толщина среза (всего 0,5 мм!) непозволительно велика.

Итак, смысл метода в том, чтобы создать искусственный скелет, который закрепил бы нужные молекулы (белки и т. п.) и позволил бы очистить структуру от ненужных липидов, делающих ткань непроницаемой для света. Эффект без преувеличения фантастический. Перспективы же этого метода очевидны, в самом прямом смысле этого слова. Так можно, например, изучать распределение белков по нейронам и динамику их перемещения при разных функциональных состояниях нейронов и мозга в целом. Кроме того, это позволит сравнить нейронные связи в здоровом мозге и, скажем, при тяжёлой психоневрологической патологии.

Однако у метода, как можно понять, есть одно серьёзное ограничение: им можно пользоваться только на мёртвом мозге, то есть, чтобы сравнить мозг здорового человека и мозг больного шизофренией или аутизмом, нужно дождаться смерти того и другого. Кроме того, пока что не вполне ясно, влияет ли этот метод на структуру нервной ткани: не получится ли так, что мы будем наблюдать не естественные изменения в мозге, а лишь методические артефакты? В ближайшее время исследователи собираются внести в этот вопрос (да простят нас читатели за невольный каламбур) окончательную ясность.

Подготовлено по материалам Стэнфордского университета.