חוקרים ב-Johns Hopkins Medicine אומרים שהם השתמשו בטכנולוגיית "זאפ והקפאה" כדי לצפות בתקשורת של תאי מוח שקשה לראותם ברקמת מוח חיה מעכברים ובני אדם.
ממצאים מהניסויים החדשים, הנתמכים על ידי המכון הלאומי לבריאות ופורסמו ב-24 בנובמבר ב עֲצָבוֹןעשוי לעזור למדענים למצוא את הסיבות השורשיות לצורות בלתי תורשתיות של מחלת פרקינסון, אומרים החוקרים.
מקרים ספורדיים של מחלת פרקינסון אחראים לרוב המקרים של ההפרעה הנוירודגנרטיבית, על פי קרן פרקינסון. המצב מסומן על ידי שיבושים בנקודת האיתות בין שני תאי מוח. נקודת החיבור הזו, המכונה סינפסה, ידועה לשמצה קשה למחקר, אומר שיגיקי ווטאנבה, Ph.D., פרופסור חבר לביולוגיה של התא ב-Johns Hopkins Medicine, שהוביל את המחקר.
אנו מקווים שהטכניקה החדשה הזו של הדמיית דינמיקה של ממברנות סינפטיות בדגימות רקמת מוח חיות יכולה לעזור לנו להבין דמיון והבדלים בצורות בלתי תורשתיות ותורשתיות של המצב."
Shigeki Watanabe, Ph.D., פרופסור חבר לביולוגיה של התא, לרפואה של ג'ונס הופקינס
בסופו של דבר, הוא אומר, גישה זו יכולה לעזור להוביל לפיתוח טיפולים להפרעה הנוירודגנרטיבית.
הבנת הסיבות השורשיות למחלת פרקינסון
במוח בריא, שלפוחיות סינפטיות, או בועות נושאות מסרים בתוך תאי מוח, עוזרות להעביר מידע מתא לתא במפתח תהליך לעיבוד מידע, למידה ויצירת זיכרונות. הבנת התהליך הזה היא קריטית לזיהוי היכן התקשורת הסלולרית מתקלקלת במצבים נוירודגנרטיביים, אומר Watanabe.
בעבר, Watanabe עזר לפתח את טכניקת zap-and-freeze כדי לאפשר מבט מקרוב על תנועות הממברנה הסינפטית (תוצאות אלו פורסמו ב-2020 ב- מדעי המוח בטבע). בעיקרו של דבר, הטכניקה כוללת שימוש בדופק חשמלי כדי לעורר רקמת מוח חיה ולאחר מכן הקפאה מהירה של הרקמות כדי ללכוד את תנועת התא לצורך תצפית במיקרוסקופ אלקטרונים.
במחקר שפורסם מוקדם יותר השנה ב מדעי המוח בטבעWatanabe השתמש בגישה במוחם של עכברים מהונדסים גנטית כדי להבין כיצד חלבון מפתח, intersectin, שומר שלפוחיות סינפטיות במיקום מסוים בתוך תא מוח עד שהם מוכנים להשתחרר כדי להפעיל תא מוח שכן.
עבור המחקר החדש, החוקרים השתמשו בדגימות ממוחם של עכברים רגילים וכן רקמת מוח חיה בקליפת המוח שנדגמה באישור משישה אנשים שעברו טיפול כירורגי לאפילפסיה בבית החולים ג'ונס הופקינס. ההליכים הכירורגיים היו הכרחיים מבחינה רפואית כדי להסיר נגעים מההיפוקמפוס של המוח.
בעבודה עם המדענים ג'נס איילרס וקריסטינה ליפמן מאוניברסיטת לייפציג בגרמניה, החוקרים אימתו לראשונה את גישת הזאפ והקפאה על ידי צפייה באותות סידן, תהליך שמפעיל נוירונים לשחרר נוירוטרנסמיטורים ברקמות מוח חיים של עכברים.
לאחר מכן, המדענים עוררו נוירונים ברקמת מוח של עכבר בגישת zap-and-freeze וצפו היכן שלפוחיות סינפטיות מתמזגות עם ממברנות תאי המוח ולאחר מכן משחררות כימיקלים הנקראים נוירוטרנסמיטורים המגיעים לתאי מוח אחרים. לאחר מכן הבחינו המדענים כיצד תאי מוח של עכברים ממחזרים שלפוחיות סינפטיות לאחר שהן משמשות לתקשורת עצבית, תהליך המכונה אנדוציטוזיס המאפשר לקלוט חומר על ידי נוירונים.
לאחר מכן החוקרים יישמו את טכניקת ה-zap-and-freeze על דגימות רקמת מוח מאנשים עם אפילפסיה, וצפו באותו מסלול מיחזור שלפוחית סינפטית הפועלת בנוירונים אנושיים.
הן בדגימות המוח של העכבר והן של בני האדם, החלבון Dynamin1xA, החיוני למיחזור ממברנות סינפטיות מהיר במיוחד, היה קיים במקום בו מניחים כי אנדוציטוזה מתרחשת על קרום הסינפסה.
"הממצאים שלנו מצביעים על כך שהמנגנון המולקולרי של אנדוציטוזיס אולטרה-מהיר נשמר בין עכברים ורקמות מוח אנושיות", אומר Watanabe, ומציע שהמחקרים במודלים אלה הם בעלי ערך להבנת הביולוגיה האנושית.
בניסויים עתידיים, Watanabe אומר שהוא מקווה למנף את טכניקת zap-and-freeze כדי לחקור דינמיקה של שלפוחית סינפטית בדגימות רקמת מוח שנלקחו באישור מחולים עם מחלת פרקינסון שעוברים גירוי של רקמת מוח עמוקה.
תמיכה במימון למחקר זה ניתנה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (U19 AG072643, 1DP2 NS111133-01, 1R01 NS105810-01A1, R35 NS132153, S10RR026445), Howard Hughes Medical Institute, Associated Mariner Medical Institute, Associated מעבדה, אוניברסיטת לייפציג, Roland Ernst Stiftung, Johns Hopkins Medicine, Chan Zuckerberg Initiative, Brain Research Foundation, Helis Foundation, Robert J Kleberg Jr and Helen C Kleberg Foundation, McKnight Foundation, Esther A. & Joseph Klingenstein Fund, ו-Vallee Foundation.
בנוסף ל-Watanabe, מדענים נוספים שתרמו לעבודה זו כוללים את צ'לסי אדינגס, מינגואה פאן, יוטה אימוטו, קי איטו, שיומרה מקדונלד, וויליאם אנדרסון, פול וורלי ודיוויד נאואן מג'ונס הופקינס, וג'נס איילרס וקריסטינה ליפמן מאוניברסיטת לייפציג, גרמניה.
