חוקרי בריגהם ו-MIT חשפו פרטים שטרם נראו ברקמת המוח האנושית באמצעות טכנולוגיית מיקרוסקופיה חדשה וזולה.
נקודות טייק אווי מרכזיות:
- חוקרים פיתחו טכנולוגיית מיקרוסקופיה חדשה הנקראת פתולוגיה של הרחבת צמצום (dExPath) לניתוח רקמת מוח.
- על ידי פירוק חלבונים עם dExPath, חוקרים יכולים לצבוע חלבונים ברקמה שלא ניתן היה לגשת אליהן קודם לכן, להדגיש מבנים בגודל ננומטר או אפילו אוכלוסיות תאים שהיו מוסתרות בעבר.
- לטכנולוגיית "הדמיה ברזולוציית על" זו יש פוטנציאל לספק תובנות שיכולות לשפר את אסטרטגיות האבחון ואת תוצאות המטופל.
חוקרים מבית החולים Brigham and Women's, חבר מייסד של Mass General Brigham, והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) חשפו תמונות מפורטות חסרות תקדים של רקמת סרטן המוח באמצעות שימוש בטכנולוגיית מיקרוסקופיה חדשה הנקראת פתולוגיה של הרחבת צמצום (dExPath). ממצאים, שפורסמו ב מדע רפואה מתרגמתמספקים תובנות חדשות לגבי התפתחות סרטן המוח, עם השלכות אפשריות לקידום האבחון והטיפול במחלות נוירולוגיות אגרסיביות.
"בעבר, הסתמכנו על מיקרוסקופים יקרים בעלי רזולוציית על שרק מעבדות ממומנות היטב יכלו להרשות לעצמן, דרשו הכשרה מיוחדת לשימוש, ולעתים קרובות אינם מעשיים לניתוחים בתפוקה גבוהה של רקמות מוח ברמה המולקולרית", אמר. Pablo Valdes, MD, PhD, בוגר תושב נוירוכירורגיה בבריגהם והמחבר הראשי של המחקר. "טכנולוגיה זו מביאה לקליניקה הדמיה אמינה ברזולוציית על, ומאפשרת למדענים לחקור מחלות נוירולוגיות ברמה ננומטרית שלא הושגה עד כה על דגימות קליניות קונבנציונליות עם מיקרוסקופים קונבנציונליים."
חוקרים הסתמכו בעבר על מיקרוסקופים יקרים ברזולוציה סופר-גבוהה כדי לצלם מבנים ננומטריים בתאים וברקמת המוח, ואפילו עם הטכנולוגיה המתקדמת ביותר, לעתים קרובות הם נאבקו כדי ללכוד ביעילות את המבנים הללו ברמה הננומטרית.
אד בוידן, PhD, פרופסור Y. Eva Tan לנוירוטכנולוגיה ב-MIT ומחבר בכיר במחקר זה, החל לטפל בבעיה זו על ידי תיוג רקמות, ולאחר מכן לשנות אותן כימית כדי לאפשר התרחבות פיזית אחידה של רקמות. עם זאת, טכנולוגיית הרחבה זו הייתה רחוקה מלהיות מושלמת. בהסתמך על אנזימים הידועים בשם פרוטאזות כדי לפרק רקמות, מדענים גילו שהטיפול הכימי הזה באנזימים הרס חלבונים לפני שהצליחו לנתח אותם, והותיר אחריו רק שלד מהמבנה המקורי, ושומר רק על התוויות.
בעבודה משותפת, בוידן ו-E. Antonio Chiocca, MD, PhD, יו"ר נוירוכירורגיה בבית החולים Brigham and Women's וכותב בכיר במחקר זה, הדריכו את ואלדס במהלך הכשרתו כנוירוכירורג-מדען, כדי לפתח כימיה חדשה עם dExPath כדי לטפל בבעיות מגבלות של טכנולוגיית ההרחבה המקורית.
הטכנולוגיה החדשה שלהם משנה רקמות כימית על ידי הטמעתן בג'ל ו'ריכוך' הרקמות בטיפול כימי מיוחד המפריד בין מבני חלבון מבלי להרוס אותם ואשר מאפשר לרקמות להתרחב. זה סיפק ממצאים מרגשים לחוקרי MIT ו-Brigham, אשר משתמשים באופן שגרתי בנוגדנים זמינים מסחרית כדי להיקשר ולהאיר סמנים ביולוגיים בדגימה. עם זאת, הנוגדנים גדולים ופעמים רבות אינם יכולים לחדור בקלות למבני תאים כדי להגיע ליעדם. כעת, על ידי משיכת חלבונים עם dExPath, אותם נוגדנים המשמשים לצביעה יכולים לחדור לחללים כדי לקשור חלבונים ברקמה שלא ניתן היה לגשת אליהם לפני ההתרחבות, ולהדגיש מבנים בגודל ננומטר או אפילו אוכלוסיות תאים שהיו מוסתרות בעבר.
למוח האנושי יש מספר מעצורים כדי להגן על עצמו מפני פתוגנים ורעלים סביבתיים. אבל אלמנטים אלה הופכים את לימודי הפעילות המוחית למאתגרת. זה יכול להיות קצת כמו לנהוג במכונית דרך בוץ ותעלות. איננו יכולים לגשת למבני תאים מסוימים במוח בגלל מחסומים שעומדים בדרך. זו רק אחת הסיבות לכך שהטכנולוגיה החדשה הזו יכולה להשתנות כל כך בפועל. אם נוכל לצלם תמונות מפורטות ומדויקות יותר של רקמת המוח, נוכל לזהות יותר סמנים ביולוגיים ולהיות מצוידים יותר לאבחן ולטפל במחלות מוח אגרסיביות".
E. Antonio Chiocca, MD, PhD, יו"ר המחלקה לנוירוכירורגיה, Brigham and Women's Hospital
כדי לאמת את היעילות של dExPath, הצוות של Boyden ו-Chiocca יישם את הטכנולוגיה על רקמת מוח אנושית בריאה, רקמות סרטן מוח ברמה גבוהה ונמוכה, ורקמות מוח המושפעות ממחלות ניווניות, כולל אלצהיימר ופרקינסון. החוקרים צבעו רקמה עבור סמנים ביולוגיים ספציפיים למוח ולמחלות וצילמו תמונות לפני ואחרי הרחבת דגימות עם dExPath.
התוצאות חשפו התרחבות אחידה ועקבית של הרקמה ללא עיוות, מה שאיפשר ניתוח מדויק של מבני חלבון. בנוסף, dExPath חיסל ביעילות אותות ניאון ברקמת המוח הנקראת lipofuscin, מה שמקשה מאוד על הדמיה של מבנים תת-תאיים ברקמות המוח, מה שמשפר עוד יותר את איכות התמונה. יתרה מכך, dExPath סיפק אותות ניאון חזקים יותר עבור תיוג משופר וכן תיוג בו-זמני של עד 16 סמנים ביולוגיים באותה דגימת רקמה. יש לציין כי הדמיית dExPath גילתה שגידולים שסווגו בעבר כ"דרגה נמוכה" הכילו מאפיינים אגרסיביים יותר ואוכלוסיות תאים, מה שמרמז על כך שהגידול עלול להפוך למסוכן הרבה יותר מהצפוי.
למרות שמבטיח, dExPath דורש אימות על גדלי מדגם גדולים יותר לפני שהוא יכול לתרום לאבחון של מצבים נוירולוגיים כגון סרטן המוח. ואלדס מדגיש שלמרות שעדיין בשלביה המוקדמים, הצוות שלו שואף שהטכנולוגיה הזו תשמש בסופו של דבר ככלי אבחון, ובסופו של דבר תשפר את תוצאות המטופלים.
"אנו מקווים שעם הטכנולוגיה הזו נוכל להבין טוב יותר ברמות הננו את פעולתם המורכבת של גידולי מוח והאינטראקציות שלהם עם מערכת העצבים מבלי להסתמך על ציוד מעבדה יקר במיוחד", אמר ואלדס, שכיום עוזר פרופסור לנוירוכירורגיה וג'ני. Sealy מצטיין קתדרה למדעי המוח באוניברסיטת טקסס סניף רפואי. "הנגישות של dExPath תאפשר הדמיה ברזולוציית על להבנת עיבוד ביולוגי ברמת ננומטר ברקמה אנושית בנוירו-אונקולוגיה ובמחלות נוירולוגיות כמו אלצהיימר ופרקינסון, ויום אחד, אפילו תוכל לשפר אסטרטגיות אבחון ותוצאות המטופל. "
