Прозрачный 3D-печатный череп позволил рассмотреть активность мозга мышей

Suhasa B. Kodandaramaiah et al. / Nature Communications, 2019

Американские инженеры создали See-Shell — прозрачный свод черепа, напечатанный на 3D-принтере. Имплантат создан из биосовместимых полимеров и позволяет рассмотреть активность мозга мышей непосредственно в процессе выполнения действий с помощью флуоресцентного индикатора. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Доступные сейчас методы нейровизуализации позволяют рассмотреть активность мозга и соотнести ее с определенным поведением, выполнением некоторых задач и даже проявлением симптомов некоторых заболеваний. У каждого из них, однако, есть существенные недостатки. К примеру, у электроэнцефалографии высокое временное разрешение (то есть наблюдать активность можно практически в режиме реального времени), но низкое — пространственное (чувствительные электроды на «шапочке» расположены сравнительно далеко друг от друга). Обратная ситуация — с фМРТ: визуализировать активность относительно анатомических структур мозга можно достаточно точно, но вот узнать, что происходит в мозге непосредственно в момент сканирования, не удастся. Недостатки есть и у магнитоэнцефалографии (МЭГ), которая отличается высоким и пространственным, и временным разрешением, но не позволяет участнику исследования двигаться, а также у инвазивных считывающих активность электродов, которые можно поместить только в определенные участки.

Другой эффективный метод нейровизуализации — это так называемая кальциевая визуализация (calcium imaging): этот метод основан на том, что ионы Ca2+ при активации нервных клеток в определенных участках связываются с молекулами заранее введенных флуоресцентных белков-индикаторов, тем самым заставляя активные участки светиться. Этот сигнал затем можно визуализировать с помощью считывающих оптических устройств, а иногда можно рассмотреть in vivo, если есть возможность напрямую наблюдать мозг. 

Такую технологию решили создать биоинженеры под руководством Сухасы Кодандарамайи (Suhasa B. Kodandaramaiah) из Университета Миннесоты. Они напечатали на 3D-принтере прозрачную полимерную оболочку, по форме соответствующую своду черепа мыши, и трансплантировали ее 46 мышам, операция прошла успешно для 43 мышей.


Имплантированная мышам прозрачная оболочка черепа открывала обзор на дорсальную часть коры головного мозга площадью в 45 квадратных миллиметров. С помощью флуоресцентных белков-индикаторов ученым удалось детально рассмотреть пирамидальные нейроны головного мозга мышей (для этого воспользовались флуоресцентной микроскопией), а также рассмотреть активность отдельных нейронов в моторной коре с помощью кальциевой визуализации в реальном времени во время бега мышей по кругу.


Использование прозрачного черепа для визуализации нейронной активности модельных организмов, по мнению авторов проекта, может быть полезно и для изучения процессов нейродегенерации: с трансплантированным сводом черепа мыши смогли прожить и быть активными до 48 недель. В скором времени команда Кодандарамайи также планирует найти коммерческое применение своей разработке.

Ученые находят способы улучшения и уже существующих методов нейровизуализации. Год назад британские инженеры, к примеру, представили прототип носимого магнитоэнцефалографа, который позволяет визуализировать активность мозга даже при движении головой.

Елизавета Ивтушок

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.