Компьютер научили попадать в отдельные нейроны

Ho-Jun Suk et al. / Neuron, 2017

Ученые из Массачусетского технологического института разработали технологию автоматизации метода локальной фиксации потенциала, который позволяет изучать электрическую активность отдельных клеток. В отличие от других разработок по автоматизации этого метода, новая технология позволяет изучать одиночные нейроны. Исследователи заявляют, что точность автоматизированной методики сравнима с результатами опытных специалистов в этой области, выполняющих ту же операцию вручную. Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Neuron. Помимо этого исследователи опубликовали на своем сайте инструкции по самостоятельной сборке и настройке такой системы, а также программное обеспечение для ее работы.

Зачастую ученые, занимающиеся изучением нейронов и взаимодействия между ними, используют метод локальной фиксации потенциала. Его можно представить следующим образом: специальная стеклянная пипетка с очень тонким концом подносится к изучаемой клетке и прикрепляется к ее мембране, после чего ученый может изучать ионные токи, проходящие через мембрану. Этот метод особенно полезен для изучения нейронов, взаимодействующих с другими клетками за счет электрических импульсов.

Несмотря на важность этого метода для исследования нейронов, он имеет существенный недостаток — для выполнения такой операции требуется серьезная подготовка и опыт, особенно, когда эксперимент проводится in vivo. И даже при большом опыте процент успешного прикрепления к мембране достаточно низок. Существуют некоторые разработки, позволяющие хотя бы частично автоматизировать процесс, но они не позволяют изучать конкретные клетки, интересующие ученых, поскольку клетки могут сдвигаться по мере продвижения пипетки.

Исследователи из MIT решили эту задачу с помощью новой системы. Основа оборудования системы — двухфотонный лазерный микроскоп, в котором образец облучается излучением одной длины волны, которое вызывает флуоресценцию с другой длиной волны. Ученые проводили эксперименты на мозге мышей, с клетками, экспрессирующими флуоресцентный белок. Сначала система получает изображения, из которых определяет помеченные флуоресцентным маркером клетки, и предлагает ученому выбрать интересующий его нейрон. Затем система автоматически приближает пипетку, отслеживая и адаптируя ее положение в реальном времени. После этого система анализирует изменения сопротивления пипетки, и после установления так называемого гигаомного контакта с клеточной мембраной пипетка прикрепляется к ней и ученые могут производить измерения электрической активности.

Ученые утверждают, что система успешно проводила эксперимент примерно в 20 процентах случаев, и превзошла их личные результаты для аналогичных ситуаций. Они считают, что их методика может сэкономить много времени, которое сегодня тратится на непосредственно эксперимент, и позволит направить его на более качественное планирование экспериментов и анализ результатов. Также разработка важна потому, что обычно в процессе исследования ученые концентрируются на конкретном типе нейронов, ассоциированных с теми или иными процессами и заболеваниями — таким образом, исследователи могут быть заинтересованы в точечном исследовании конкретных нейронов.

В прошлом году ученые усовершенствовали интересный метод для изучения взаимодействия между нейронами. Он заключается во внедрении модифицированного вируса бешенства, который проходит через синапсы и позволяет маркировать нейрональные связи за счет внедренного гена, экспрессирующего флуоресцентный маркер.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.