Forskere udvikler atomkraftmikroskopi til billeddannelse af nanoskala dynamik af neuroner

Forskere ved Max Planck Florida Institute for Neuroscience og Kanazawa University (Japan) er lykkedes med at afbilde strukturel dynamik af levende neuroner med en hidtil uset rumlig opløsning.

Mens der er sket fremskridt i løbet af de sidste årtier i bestræbelserne på at optimere atomkraftmikroskopi (AFM) til billeddannelse af levende celler, der var stadig en række begrænsninger og teknologiske problemer, der skulle løses, før fundamentale spørgsmål inden for cellebiologi kunne behandles i levende celler.

I deres marts-udgivelse i Videnskabelige rapporter , forskere ved Max Planck Florida Institute for Neuroscience og Kanazawa University beskriver, hvordan de har bygget det nye AFM-system optimeret til live-celle-billeddannelse. Systemet adskiller sig på mange måder fra en konventionel AFM:Det bruger en ekstremt lang og skarp nål fastgjort til en meget fleksibel plade. Systemet er også optimeret til hurtig scanning for at fange dynamiske cellulære hændelser. Disse modifikationer har gjort det muligt for forskere at afbilde levende celler, såsom pattedyrscellelinjer eller modne hippocampale neuroner, uden tegn på cellulær skade.

"Vi har nu demonstreret, at vores nye AFM direkte kan visualisere morfologiske ændringer i nanometerskala i levende celler", forklarede Dr. Yasuda, neuroforsker og videnskabelig direktør ved Max Planck Florida Institute for Neuroscience.

I særdeleshed, denne undersøgelse demonstrerer evnen til at spore strukturel dynamik og ombygning af celleoverfladen, såsom morfogenese af filopodia, membran flæser, grubedannelse eller endocytose, som reaktion på miljøstimulerende midler. Et eksempel på denne evne kan visualiseres i film 1, hvor en fibroblast afbildes før og efter behandling med insulinhormon, hvilket intenst forstærker rysningen i forkanten af ​​cellen. Et andet eksempel ses i film 2, hvor de morfologiske ændringer af et fingerlignende neuronalt fremspring i den modne hippocampale neuron observeres.

Ifølge Dr. Yasuda, de vellykkede observationer af strukturel dynamik i levende neuroner præsenterer muligheden for at visualisere morfologien af ​​synapser ved nanometer opløsning i realtid i den nærmeste fremtid. Da morfologiske ændringer af synapser ligger til grund for synaptisk plasticitet og vores indlæring og hukommelse, dette vil give os mange nye indsigter i mekanismer for, hvordan neuroner lagrer information i deres morfologi, hvordan det ændrer synaptisk styrke og i sidste ende hvordan det skaber ny hukommelse.