צוות בינלאומי של חוקרים בראשות מכון פרנסיס קריק, שעובד עם מכון פול שרר, פיתח פרוטוקול הדמיה חדש ללכידת קשרי תאי מוח של עכבר בפירוט מדויק.
בעבודה שפורסמה היום ב שיטות טבעהם שילבו את השימוש בקרני רנטגן עם חומרים עמידים לקרינה שמקורם בתעשייה האווירית.
התמונות שנרכשו בטכניקה זו אפשרו לצוות לראות כיצד תאי עצב מתחברים במוח העכבר, ללא צורך לפרוס דק דגימות רקמה ביולוגית.
מיקרוסקופיה אלקטרונית בנפח (נפח EM) הייתה תקן הזהב להדמיה כיצד תאי עצב מתחברים כ"מעגלים" בתוך המוח. זה סלל את הדרך למדענים ליצור מפות הנקראות קונקטומים, של מוחות שלמים, תחילה בזחלי זבובי הפירות ולאחר מכן בזבוב הפירות הבוגר. הדמיה זו כוללת חיתוך של 10 שניות של פרוסות דקות (עשרות אלפים לכל מ"מ של רקמה), הדמיה של כל פרוסה ואז בניית התמונות בחזרה למבנה התלת-ממדי שלהן.
בהשוואה לאלקטרונים, לקרני רנטגן יש פוטנציאל לחדור עמוק יותר לתוך החומר, ולכן הצוות יצא לחקור אם סוג זה של הדמיה יתאים ללכידת הפרטים העדינים של תאי עצב ברקמה, ללא צורך לחתוך את הדגימה.
בהתבסס על פרוטוקולי הכנת דגימות EM בנפח סטנדרטי, הם בדקו שלב חדש – הטמעת הרקמה המוכתמת באמצעות שרף שפותח בתעשיות הגרעין והחלל. שרף זה יכול למנוע מכורים גרעיניים או ספינות חלל להיפגע מקרינה, ובניסוי זה, אפשר לחשוף את הדגימות לפחות פי 20 יותר קרינה, ולהגיע למיליארדי קרני רנטגן יותר ממה שיהיה קטלני לאדם.
לאחר מכן צולמו הדגימות באמצעות קרני רנטגן במתקן גדול הנקרא סינכרוטרון – 'מאיץ חלקיקים' המשתמש בשדות מגנטיים וחשמליים כדי להניע אלקטרונים במהירויות גבוהות מאוד, אשר לאחר מכן מייצרים קרינת רנטגן אינטנסיבית וקוהרנטית.
התמונות שהתקבלו, שהופקו באמצעות סוג מסוים של הדמיית רנטגן הנקראת פטיכוגרפיה רנטגן, הגיעו לרזולוציה של 38 ננומטר. זה הספיק כדי להראות אלמנטים מרובים של מעגל המוח של העכבר, כולל סינפסות (אזורים שבהם שני נוירונים מתחברים), דנדריטים (הקרנות תאי עצב) ואקסונים רבים (חוטים הנושאים מידע חשמלי).
Volume EM היה מהפכני עבור ראיית דברים בתוך התא בתלת-ממד, אבל זה מגיע עם מגבלות למיפוי חיבורי נוירונים בתוך מוחות של יונקים, שהם גדולים מכדי לחתוך אותם בצורה מהימנה למקטעים זעירים.
אנו נרגשים שהפרוטוקול והשימוש שלנו בחומר רב עוצמה עמיד לקרינה אפשרו לצלם רקמת מוח ברזולוציה יוצאת דופן. חידוד נוסף של הטכניקה הזו יכול לקרב אותנו צעד קטן יותר ליעד עתידי בתחום: מיפוי קונקנום מוח העכבר, שגדול עשרות אלפי מונים מקונקום זבוב הפירות".
אנדראס שייפר, ראש הקבוצה הראשי של המעבדה החושית והנוירוטכנולוגיה בקריק
קרלס בוש פינול, מדען מעבדה ראשי במעבדה למעגלים חושיים ונוירוטכנולוגיה בקריק, אמר: "כעת הראינו שהדמיית רנטגן מתאימה למיפוי הפרטים הקטנים של דגימות רקמה ביולוגיות עדינות בתלת-ממד, אנו ממשיכים לשפר ולשפר את השיטות.
"אנחנו רוצים לשפר את שדה הראייה, להתייחס לדגימות גדולות יותר ולרזולוציה, לקבל פרטים עדינים יותר. שילוב של הדמיית רנטגן עם שיטות אחרות פותח אפשרויות חדשות לחקור את תפקודן של רקמות ביולוגיות כמו המוח".
הפרויקט הובל על ידי אנה דיאז ואדריאן ואנר במכון פול שרר (Villigen, שוויץ), ובוצע בשיתוף פעולה עם מתקן קרינת סינכרוטרונים אירופי וצוות מיקרוסקופ האלקטרונים בקריק.
