Fedezd fel az új horizontokat a memóriazavarok kezelésében!
Losonczy Attila és kutatócsoportja legújabb felfedezése forradalmian új perspektívákat kínálhat az időskori és neurológiai betegségek kezelésében.
A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman Intézete, a Rózsa Balázs által irányított BrainVisionCenter, valamint a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) együttműködésének eredményeként egy úttörő felfedezés született: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp révén először sikerült élő állatokban, rendkívül rövid idő alatt, az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban megfigyelni az emlékek keletkezését. Ez a kutatás új távlatokat nyithat a memóriaképzés megértésében és a neurobiológiai folyamatok feltérképezésében.
Az emlékek felidézése egy izgalmas folyamat, amely az agysejtek közötti kapcsolatok, más néven szinapszisok erősségének dinamikus változásán alapul. Ezt az elméletet már közel öt évtizede ismerjük, ám a tudomány világában egészen nemrégig nem volt lehetőség arra, hogy közvetlenül figyelemmel kísérjük ezeket a szinaptikus módosulásokat élő rágcsálómodellekben. Az utóbbi évek mikroszkópos technológiák terén elért fejlődése azonban lehetővé tette a kutatók számára, hogy valós időben vizsgálják az élő, aktívan viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását, így új fényt derítve az emlékek tárolásának és felidézésének mechanizmusaira.
"A genetikai és molekuláris célpontok pontos azonosításához, valamint a jövőbeli terápiák kidolgozásához elengedhetetlen, hogy mélyebb megértést nyerjünk a memória rögzülésének és fejlődésének mechanizmusairól" - emelte ki Losonczy Attila, a Zuckerman Intézet vezető kutatója. A kutatás ezen aspektusainak felfedezésére épülő terápiás és diagnosztikai célkitűzések a tervek szerint részben a Rózsa és Roska Botond által alapított BrainVisionCenter keretein belül valósulnak meg.
A hippokampusz az agy egyik legtöbbet vizsgált területe, de az elmúlt évtizedek kutatásai főként EEG vizsgálatokra és agyszelet preparátumokra támaszkodtak. Ezen módszerek bár szükségesek, korlátozott lehetőségeket nyújtanak, mivel nem teszik lehetővé az agyi folyamatok valós idejű és nagy felbontású vizsgálatát élő állatokban. Pedig a neurális hálózatok valós idejű megfigyelése elengedhetetlen az agyműködés mélyebb megértéséhez, amihez olyan technológiák kellenek, amelyek gyorsan és pontosan képesek pásztázni a sejteket és szinapszisokat nagyobb térfogatú mintákban.
A kutatócsoport Nature-ben közölt munkája ebben hozott nagy áttörést. Céljuk az volt, hogy kidolgozzanak egy módszertant, amellyel a tanulásért és memóriáért felelős idegsejtek hosszú távú szinaptikus plaszticitása, vagyis a szinapszisok erősségének változása (amely akár órákig, napokig is tarthat) valós időben, élő rágcsálómodellekben is mérhetővé válik. Az áttörés elérésében kulcsszerepet játszott a KOKI Rózsa által vezetett kutatócsoportjának segítségével kifejlesztett, és a BrainVisionCenterben is alkalmazott, speciális kétfoton lézerpásztázó mikroszkóptechnológia. A 3D-s valós idejű képstabilizációval felszerelt rendszer képes az agy folyamatos mozgását kompenzálni, lehetővé téve az agy apró elemi komponenseinek, a sejteknek és a sejtnyúlványoknak a vizsgálatát.
Az élő állatmodellek (in vivo) vizsgálatai során a zsigeri mozgások, például a szívverés és a légzés, akár több tíz mikrométeres elmozdulásokat is generálhatnak. Ez a mozgásméret jelentősen meghaladja a vizsgált struktúrák nagyságát. Ennek következményeként nehézzé válik a nagy térbeli és időbeli felbontással végzett mérések elvégzése, mivel a biológiai képletek – mint például a sejttestek és sejtnyúlványok – folyamatosan eltávolodnak a lézerpásztázás vonalától.
"Az általunk kifejlesztett femtoszekundumos lézerpásztázó technológia valós időben és háromdimenziós térben tudja kompenzálni a mozgásokat" - részletezte az új módszer előnyeit Rózsa, a publikáció egyik együttműködő partnere. (Megjegyzés: A femtoszekundum a másodperc egymilliárdod részének ezermilliomod része, ezalatt a fény körülbelül 0,3 mikrométert, azaz nagyjából egy baktérium méretét teszi meg.)
A berendezés képes az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban megfigyelni az összes aktivitást, és elég gyors ahhoz, hogy elkapja a szinapszisok erősségének változásait, amelyek másodpercek századrésze alatt történnek. A mikroszkóprendszernek az úgynevezett feszültségszenzorokkal együtt alkalmazva sikerült az, ami korábban megoldhatatlannak tűnt: élő, viselkedő állat agyában feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén.
A kutatócsoport egyik legnagyobb felfedezése az volt, hogy a megfigyelt hippokampális neuronok szinapszisai, amelyek az agy temporális lebenyében találhatók és kulcsszerepet játszanak a tanulás, memória és térbeli tájékozódás folyamatában, nem egyformán reagáltak az idegsejtek faágszerű nyúlványain, azaz a dendriteken. A piramis alakú sejtek csúcsához közel eső ágak szinapszisainak aktivitása és erőssége a kísérletek során jelentős változásokon ment keresztül, míg a sejtek alján található ágak szinapszisai stabilnak bizonyultak.
"Még mindig nem világos, miért van ez így, miért lehet ez a mechanizmus fontos" - fejtette ki Losonczy. "Tudjuk, hogy az emlékek több szinten szerveződnek, a szinapszisoktól az egyes neuronokig és idegi áramkörökig, és most azt látjuk, hogy akár sejten belüli szinten is szerveződhetnek."
Mindez megnyitja az utat további kísérletekhez, amiben megpróbálják megérteni, hogyha a szinapszis erőssége megváltozik, mik azok a molekuláris, biokémiai genetikai változások, amelyek ezt az erősséget megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják.
