Череп сделали прозрачным, но только на 20 минут: вот что увидели нейробиологи в мозге мышей

Учёные из Стэнфорда представили метод, который открывает новые горизонты в нейробиологии: они сделали кожу и череп мышей прозрачными, что позволило многократно наблюдать за активностью мозга без операций и повреждений тканей. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Окно" в растущий мозг

Наблюдать за развитием мозга крайне сложно: ткани непрозрачны, а повторные инвазивные вмешательства губительны для животных. Новый метод основан на растворе ампирона, который временно делает кожу прозрачной. Это безопасный, обратимый и безвредный процесс, действующий около 20 минут.

"Это буквально открывает окно для наблюдения за развитием мозга. Мы можем видеть не только структуру нейронов, но и их активность с течением времени", — отметил старший автор исследования Госонг Хонг.

У молодых мышей череп ещё очень тонкий, что позволяет визуализировать даже мельчайшие изменения, включая активность отдельных синапсов в критические периоды развития.

Как это работает

Прозрачность достигается благодаря оптическому эффекту: ампирон меняет показатель преломления воды в тканях, делая его ближе к показателям белков и липидов. В результате рассеивающий эффект исчезает, и через кожу становится возможным наблюдать внутренние структуры.

"Мы, по сути, мешок воды с биоматериалами. Несоответствие их оптических свойств мешает нам видеть сквозь кожу. Ампирон устраняет эту разницу", — пояснил профессор Марк Бронгерсма, соавтор исследования.

В отличие от ранних экспериментов с красителями, прозрачность теперь достигается во всём видимом спектре. Это позволяет наблюдать флуоресцентные белки, которыми обычно маркируют нейронные цепи.

Первые результаты

Эксперименты проводились на мышах до четырёхнедельного возраста. Учёные смогли многократно фиксировать, как меняется активность нейронов в бодрствующем состоянии, например, при стимуляции усов воздушным потоком.

"До этого у нас не было возможности наблюдать ежедневные изменения в мозге с разрешением до отдельного синапса. Теперь мы можем следить за тем, как формируются и исчезают связи в процессе обучения и развития", — отметил доцент нейрохирургии Цзюнь Дин.

Перспективы

Побочных эффектов метод не вызвал: физиологический раствор, применявшийся для контроля, оказывал больше раздражения, чем ампирон. Более того, у вещества, вероятно, есть лёгкие противовоспалительные свойства. Учёные планируют создавать новые молекулы на его основе, которые будут эффективнее и потребуют меньшей концентрации.

Если удастся перенести методику на человека, она может стать альтернативой некоторым видам рентгенографии, КТ и инвазивных вмешательств.

"Сейчас начинается гонка за объединение физики, химии и нейробиологии для создания улучшенных молекул, способных обеспечить принципиально новые методы визуализации", — подчеркнул Бронгерсма.