Una nuova tecnica rende il cervello di un topo (opaco, a sinistra) completamente trasparente (a destra) per facilitare l'imaging. Immagine di Kwanghun Chung e Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Il cervello umano è uno degli oggetti più complessi nell'universo conosciuto. Raggruppato in soli 3 kg di carne (in media) c'è un insieme di circa 86 miliardi di neuroni interconnessi, che formano innumerevoli intricate reti che costituiscono l'essenza della tua personalità.
Un cervello conservato su un lettino da visita non trasmette questa complessità: sembra più o meno come un mucchio di carne grigia, perché non possiamo vedere attraverso le membrane delle cellule esterne per vedere i singoli neuroni all'interno.
Questo problema è la motivazione alla base di una nuova tecnica, sviluppata da un team di Stanford guidato da Kwanghun Chung e Karl Deisseroth, per rendere i cervelli conservati completamente trasparenti alla luce. In tal modo, e quindi utilizzando marcatori chimici specializzati che si attaccano a determinati tipi di cellule, hanno creato un modo per vedere interi cervelli in tutto il loro splendore complesso e interconnesso. Tale complessità è prontamente vista nel cervello del mouse raffigurato di seguito, in cui alcuni tipi di neuroni sono stati etichettati con un colorante verde fluorescente:
Un cervello di topo trasparente iniettato con un colorante verde che si attacca alle cellule neuronali. Immagine di Kwanghun Chung e Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute / Stanford University
Gli scienziati affermano che la loro tecnica, che è stata annunciata in un articolo pubblicato oggi su Nature, lavora per cervelli umani preservati e anche per topi e può essere applicata anche a molti altri tipi di organi. Il metodo sfrutta il fatto che il colore degli organi - e quindi la ragione per cui non sono chiari - è interamente dovuto alle molecole di grasso che compongono la membrana di ogni cellula.
In un cervello vivente, queste molecole preservano l'integrità strutturale dell'organo. Ma in un cervello preservato, oscurano la struttura interna dalla vista. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno riempito i cervelli di topo sperimentali di idrogel, che si legano agli elementi funzionali delle cellule (proteine e DNA) ma non alle molecole di grasso, e formano una rete simile a una gelatina che preserva la struttura originale. Quindi, hanno eliminato le molecole di grasso con un detergente, rendendo l'organo completamente trasparente.
Produrre un cervello di topo completamente intatto e trasparente (come mostrato nell'immagine in alto) crea ogni sorta di interessanti opportunità di imaging. Con l'eliminazione delle molecole di grasso, gli elementi di interesse sperimentale o clinico (ad esempio reti di neuroni o geni) non vengono più oscurati dalle membrane cellulari. (Più o meno allo stesso modo, il pesce zebra, con i suoi embrioni trasparenti, è molto utilizzato in molti campi della ricerca biologica.)
Per vedere chiaramente gli aspetti, i ricercatori hanno aggiunto marcatori chimici colorati che si attaccano specificamente a determinati tipi di molecole. Una volta fatto ciò, gli scienziati possono esaminarli con un microscopio ottico convenzionale o combinare più immagini da microscopi digitali per creare un rendering 3D.
Come prova di concetto, oltre al cervello del topo, il team di ricerca ha eseguito la procedura su piccoli pezzi del cervello di una persona autistica deceduta che era in deposito da 6 anni. Con marcatori chimici specializzati, sono stati in grado di rintracciare i singoli neuroni attraverso ampie strisce di tessuto. Hanno anche trovato strutture di neuroni atipici simili a scale che sono state osservate anche nel cervello di animali con sintomi simili all'autismo.
Questo tipo di analisi dettagliata è stata in precedenza possibile solo esaminando laboriosamente piccole fette di cervello con un microscopio per inferire un quadro tridimensionale completo. Ma ora, le interconnessioni tra le diverse parti del cervello possono essere viste a un livello più ampio.
Il fatto che la tecnica funzioni su tutti i tipi di tessuti potrebbe aprire molte nuove strade di ricerca: analisi dei percorsi molecolari di segnalazione di un organo, diagnosi clinica della malattia in un campione di biopsia e, naturalmente, un esame più dettagliato delle relazioni neuronali e reti che compongono il cervello umano. Per di più, guarda il video qui sotto, per gentile concessione di Nature Video :
