Наблюдение за работой мозга требует не менее сложных инструментов, чем изучение далёких галактик. Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны и Клинического университетского центра кантона Во (Швейцария) не постеснялись для этого позаимствовать у материаловедения технологию цифровой голографической микроскопии (Digital Holographic Microscopy, DHM).
Теперь ею можно пользоваться для наблюдения активности нейронов в режиме реального времени, в трёх измерениях и с разрешением 10 нм (в 50 раз лучше обычного оборудования). Разработка имеет огромный потенциал для тестирования новых препаратов для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Нейроны бывают разных форм, к тому же они прозрачные. Для наблюдения за ними в чашке Петри учёные используют флуоресцентные красители, которые изменяют химический состав и могут исказить результаты. Кроме того, этот метод требует много времени, часто повреждает сами клетки (из-за применения электродов) и позволяет изучить лишь несколько нейронов одновременно. Новая технология обходит эти ограничения.
Соавтор исследования Пьер Марке отмечает, что DHM даёт ценную информацию не только о форме нейронов, но и об их динамике и активности. Чтобы понять, как это работает, можно представить большой камень, о который регулярно бьются одни и те же волны. По тому, как волны искажаются, обходя скалу, можно судить о форме камня — если сравнить их с волнами, не встретившими препятствий на своём пути.
Здесь в роли волн выступает лазерный луч. Сравнивая полученные результаты с исходным пучком, компьютер рисует трёхмерное изображение. Ну а поскольку луч проходит сквозь прозрачные нейроны, можно собрать информацию о том, что происходит внутри клеток. Обычно эта технология применяется для обнаружения дефектов в материалах.
В ходе экспериментов исследователи индуцировали электрические заряды в культуре нейронов с помощью нейромедиатора глутамата. Ток вызывает перенос воды внутри нейронов и меняет их оптические свойства, которые могут быть обнаружены только DHM. Таким образом можно отследить сотни нейронов одновременно.
Поскольку не нужны ни красители, ни электроды, DHM можно использовать при одновременном многопараметрическом анализе (high content screening), то есть метод позволит отследить действие новых лекарственных препаратов быстро и в больших количествах. То, на что обычно уходило 12 часов, теперь будет занимать 15–30 минут, подчёркивает соавтор работы Пьер Маджистретти.
Результаты исследования опубликованы в издании Journal of Neuroscience.