Új korszak nyílhat a memóriazavarok kezelésében.
Az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban sikerült megfigyelni az emlékek megszületését egy magyar kutatók által fejlesztett speciális mikroszkóp segítségével. A felfedezés új távlatokat nyithat az időskori és neurológiai betegségek kezelésében.
A New York-i Columbia Egyetem, a BrainVisionCenter (BVC) és a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) együttműködésében végzett kutatás áttörő felfedezést hozott: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp révén először sikerült élő szervezetben, mindössze másodpercek töredéke alatt, az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban megfigyelni az emlékek keletkezésének folyamatát – számoltak be a kutatók.
Az emlékek felidézésének folyamata szoros összefüggésben áll az agysejtek közötti kapcsolatok, vagyis a szinapszisok erősségének változásával. Ez a felfedezés már közel öt évtizede ismert, ám a tudományos közösség számára eddig nem volt lehetséges, hogy közvetlenül megfigyeljék ezeket a szinaptikus átalakulásokat élő rágcsálómodellekben. Az utóbbi években a mikroszkópos technológiák fejlődése forradalmasította a kutatást, lehetővé téve, hogy a tudósok valós időben figyeljék meg az élő, aktív állatok agysejtjeinek működését.
"A pontos genetikai és molekuláris célpontok azonosításához, valamint a jövőbeli terápiák kifejlesztéséhez elengedhetetlen, hogy mélyreható ismeretekkel rendelkezzünk a memória rögzülése és kialakulása mögött meghúzódó mechanizmusokról" - emeli ki Losonczy Attila, a Columbia Egyetem Zuckerman Intézetének vezető kutatója. A beszámoló alapján a mechanizmusok feltárására irányuló terápiás és diagnosztikai kezdeményezés részben a Rózsa Balázs és Roska Botond által alapított BVC keretein belül fog megvalósulni, ahol a kutatók együttműködnek a projekten.
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.
Losonczy Attila és kutatócsoportja jelentős áttörést ért el, amelyet a Nature tudományos folyóiratban publikáltak. A kutatás középpontjában egy innovatív módszertan kidolgozása állt, amely lehetővé teszi a tanulásért és memóriáért felelős idegsejtek hosszú távú szinaptikus plaszticitásának valós idejű mérését élő rágcsálómodellekben. Ez a plaszticitás a szinapszisok erősségének változását jelenti, amely akár órákig, sőt napokig is eltarthat.
Az áttörés elérésében kulcsszerepet játszott a HUN-REN KOKI Rózsa Balázs által vezetett kutatócsoportjának segítségével kifejlesztett, és a BVC-ben 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 esetében végzett kísérletek során a zsigeri mozgások, mint például a szívverés és a légzés, akár több tíz mikrométeres elmozdulásokat is eredményezhetnek. Ez a mért elmozdulás jelentősen meghaladja a vizsgált struktúrák méretét, ami komoly kihívások elé állítja a nagy térbeli és időbeli felbontású mérések kivitelezését. Ennek következtében a biológiai elemek, mint a sejttestek és sejtnyúlványok, folyamatosan eltérnek a lézerpásztázás vonalától, így megnehezítve a pontos adatgyűjtést.
Rózsa Balázs, a BVC igazgatója, így ismerteti az új módszer előnyeit: "Az általunk kifejlesztett femtoszekundumos lézerpásztázó technológia, amely a másodperc ezermilliárdodrészének egymilliomod részét jelenti, forradalmi újítást hoz. Ezen a rendkívül rövid időintervallumon a fény mindössze 0,3 mikrométert képes megtenni, ami körülbelül egy baktérium méretének felel meg. Ezzel az eljárással valós időben és háromdimenziós térben képesek vagyunk kompenzálni a mozgásokat, ami rendkívül hasznos a precíziós mérések során."
A berendezés képes észlelni az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban zajló összes aktivitást, és olyan gyorsan működik, hogy elkapja a szinapszisok erősségének apró változásait, amelyek csupán másodpercek töredéke alatt következnek be. A mikroszkóprendszer feszültségszenzorokkal való kombinálásával olyan eredményeket értek el, amelyek korábban elképzelhetetlennek tűntek: élő és viselkedő állatok agyában képesek voltak feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén.
A kutatócsoport számára az egyik legnagyobb meglepetést az jelentette, hogy a megfigyelt hippokampális neuronok szinapszisai, melyek az agy temporális lebenyében találhatók és kulcsszerepet játszanak a tanulásban, memóriában és térbeli tájékozódásban, nem mutattak egységes viselkedést az idegsejtek faágszerűen elágazó nyúlványai, vagyis dendritek mentén. Kiderült, hogy a piramis alakú sejtek csúcsa közelében elhelyezkedő ágak szinapszisainak aktivitása és erőssége a kísérletek során folyamatosan változott, miközben a sejtek bázisa körüli szinapszisok aktivitása stabil maradt.
"Még mindig nem teljesen világos, miért van ez így, és miért lehet ennyire jelentős ez a mechanizmus" - fogalmaz Losonczy Attila. "Tudjuk, hogy az emlékek sokféle szinten épülnek fel, kezdve a szinapszisoktól egészen az egyes neuronokig és idegi áramkörökig. Most pedig arra is fény derül, hogy akár a sejteken belül is kialakulhatnak ezek a struktúrák."
Ez a felfedezés új lehetőségeket teremt a további kutatások számára, amelyek célja annak feltérképezése, hogy amikor a szinapszisok erőssége módosul, milyen molekuláris, biokémiai és genetikai folyamatok játszanak szerepet e stabilitás fenntartásában a sejtek szintjén.
