Нейроны научили светиться для наблюдения за работой мозга в реальном времени

Учёные создали новый инструмент для наблюдения за активностью мозга в реальном времени, используя биолюминесценцию — способность живых клеток светиться самостоятельно.

«Мы начали думать: "А что, если мы сможем осветить мозг изнутри?"», — сказал профессор нейробиологии Брауновского университета Кристофер Мур.

Идея привела к созданию в 2017 году «Центра биолюминесценции» при Институте наук о мозже Кэрни Брауновского университета. В статье, опубликованной в журнале Nature Methods, международная команда исследователей описала новый инструмент визуализации под названием Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor (CaBLAM).

Этот молекулярный датчик, разработанный под руководством Натана Шанера из Калифорнийского университета в Сан-Диего, позволяет захватывать активность отдельных клеток и даже их частей с высокой скоростью. Он эффективно работает на мышах и рыбках данио, поддерживает запись в течение нескольких часов и не требует внешнего источника света.

В отличие от широко используемых флуоресцентных методов, где на мозг направляют лазерный луч, биолюминесценция генерируется внутри клетки при расщеплении определённой молекулы ферментом. Это устраняет ключевые недостатки флуоресценции: повреждение клеток из-за облучения, выцветание сигнала (фотобледнение) и необходимость в инвазивном оборудовании.

«Мозговая ткань не производит биолюминесценцию естественным образом, поэтому, когда модифицированные нейроны светятся сами, они чётко выделяются на тёмном фоне практически без помех», — объяснил Натан Шанер.

С помощью CaBLAM исследователи смогли провести непрерывную пятичасовую запись активности отдельного нейрона в живом организме. По словам Мура, этот инструмент открывает новые возможности для изучения сложного поведения и процессов обучения, а в перспективе может быть применён и для наблюдения за активностью в других частях тела.

В проекте приняли участие не менее 34 учёных из Брауновского университета, Центрального Мичиганского университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Лос-Анджелесе и Нью-Йоркского университета. Работа поддержана грантами Национальных институтов здравоохранения, Национального научного фонда и Фонда семьи Пола Аллена.