تقنية جديدة لمراقبة تكوين المشابك العصبية

يحتوي الدماغ على ما يقرب من 86 مليار خلية عصبية و600 تريليون نقطة اشتباك عصبي تتبادل الإشارات بين الخلايا العصبية لمساعدتنا في التحكم في وظائف الدماغ المختلفة، بما في ذلك الإدراك والعاطفة والذاكرة.

ومن المثير للاهتمام أن عدد المشابك العصبية يتناقص مع التقدم في السن أو نتيجة لأمراض مثل مرض آلزهايمر، وبالتالي فإن الأبحاث المتعلقة بالمشابك العصبية تجذب الكثير من الاهتمام.

ومع ذلك، توجد قيود في مراقبة ديناميات هياكل المشبك في الوقت الحقيقي، وفقا لما نشره موقع ميديكال إكسبريس.

كشف فريق بحث مشترك بقيادة البروفيسور وون دو هيو من قسم العلوم البيولوجية في KAIST، والبروفيسور هيونج باي كوون من كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز، والبروفيسور سانجكيو لي من معهد العلوم الأساسية (IBS) عن أول تقنية في العالم تسمح بالمراقبة في الوقت الفعلي لتكوين المشابك العصبية وانقراضها وتعديلاتها.

متابعة تكوين وانقراض المشابك العصبية

ربط فريق البروفيسور هيو بروتينات الفلورسنت المعتمدة على التمييع (ddFP) بالمشابك العصبية من أجل مراقبة العملية التي من خلالها تقوم المشابك العصبية بإنشاء اتصالات بين الخلايا العصبية في الوقت الفعلي.

أطلق الفريق على هذه التقنية اسم SynapShot، ونجح في تتبع ومراقبة عمليات التكوين المباشر وانقراض المشابك العصبية بالإضافة إلى تغيراتها الديناميكية.

من خلال مشروع بحث مشترك، صممت الفرق بقيادة البروفيسور هيو والبروفيسور سانجكيو لي في IBS معًا SynapShot باستخدام الفلورسنت الأخضر والأحمر، وتمكنوا بسهولة من التمييز بين المشبك الذي يربط بين خليتين عصبيتين مختلفتين.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال الجمع بين تقنية علم البصريات الوراثي التي يمكنها التحكم في وظيفة الجزيء باستخدام الضوء، تمكن الفريق من مراقبة التغيرات في المشابك العصبية مع تحفيز وظائف معينة للخلايا العصبية باستخدام الضوء في نفس الوقت.

من خلال المزيد من الأبحاث المشتركة مع الفريق بقيادة البروفيسور هيونج باي كوون في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز، قام فريق البروفيسور هيو بإحداث العديد من المواقف على الفئران الحية، بما في ذلك التدريب على التمييز البصري، والتمارين الرياضية، والتخدير، واستخدم SynapShot لمراقبة التغيرات في المشابك العصبية خلال كل موقف في الوقت الحقيقي.

كشفت الملاحظات أن كل مشبكا عصبيت يمكن أن يتغير بسرعة وديناميكية إلى حد ما. وكانت هذه هي الحالة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها ملاحظة التغيرات في المشابك العصبية لدى حيوان ثديي حي.

قال البروفيسور هيو: «لقد طورت مجموعتنا SynapShot من خلال التعاون مع فرق بحث محلية ودولية وفتحت إمكانية إجراء ملاحظات حية مباشرة للتغيرات السريعة والديناميكية للمشابك العصبية، وهو الأمر الذي كان من الصعب القيام به في السابق. ونتوقع أن يتم تطبيق هذه التقنية إحداث ثورة في منهجية البحث في المجال العصبي ولعب دور مهم في إشراق مستقبل علوم الدماغ».

تم نشر هذا البحث في النسخة الإلكترونية من مجلة Nature Methods، تحت عنوان «التصور في الوقت الحقيقي للديناميكيات الهيكلية للمشابك العصبية في الخلايا الحية في الجسم الحي».