Forradalmi áttörést értek el a magyar kutatók

A felfedezés új távlatokat nyit az orvoslásban.

Az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban sikerült megfigyelni az emlékek megszületését egy magyar kutatók által fejlesztett speciális mikroszkóp segítségével – közölte a Magyar Kutatási Hálózat (HUN-REN). A felfedezés új távlatokat nyithat az időskori és neurológiai betegségek kezelésében.

A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman Intézet, a Rózsa Balázs által vezetett BrainVisionCenter (BVC), valamint a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet közös kutatása forradalmi eredményt hozott: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp segítségével elsőként sikerült élő állatban másodpercek töredéke alatt, az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban megfigyelni az emlékek megszületését. A tanulmány az emlékek felidézése az agysejtek közötti kapcsolatok, az úgynevezett szinapszisok erősségének változásán alapul.

Bár ez az elmélet már csaknem ötven éve ismert, a tudósoknak egészen mostanáig nem sikerült közvetlenül megfigyelniük ezeket a szinaptikus változásokat élő rágcsálókban.

Az utóbbi években a mikroszkópos technológiák fejlődése lehetővé tette, hogy a kutatók valós időben tanulmányozhassák az élő, viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását is.

Sejten belül szerveződő emlékek?

– A pontos genetikai és molekuláris célpontok meghatározásához és a jövőbeni terápiákhoz mélyebb ismeretekre van szükség a memória rögzülésének és kialakulásának mechanizmusairól – hangsúlyozta Losonczy Attila, a Columbia Egyetem Zuckerman Intézetének vezető kutatója. Az ezeknek a mechanizmusoknak a feltárásán alapuló terápiás és diagnosztikai küldetés a tervek szerint részben a kollaborációs partnernél, a Rózsa Balázs és Roska Botond által alapított BVC-ben fog megvalósulni.

A hippocampus 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 kutatócsoportjának munkája ebben hozott nagy áttörést. Céljuk az volt, hogy kidolgozzanak egy módszertant, amellyel a tanulásért és memóriáért felelős idegsejtek hosszú távú szinaptikus plaszticitása, vagyis a szinapszisok erősségének változása (amely akár órákig, napokig is tarthat) valós időben, élő rágcsálókban is mérhetővé válik.

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 általunk fejlesztett femtoszekundumos (ez a másodperc ezermilliárdod részének egymilliomod része, ennyi idő alatt a fény 0,3 mikrométert halad, ami nagyjából egy baktérium méretének felel meg) lézerpásztázó eljárás valós időben és 3D-ben kompenzál a mozgásra – magyarázta az új módszer hasznosságát Rózsa Balázs, a BVC igazgatója, a publikáció kollaborációs partnere. A berendezés képes az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban megfigyelni az összes aktivitást, és elég gyors ahhoz, hogy elkapja a szinapszisok erősségének változásait, amelyek másodpercek századrésze alatt történnek. A mikroszkóprendszernek az úgynevezett feszültségszenzorokkal együtt alkalmazva sikerült az, ami korábban megoldhatatlannak tűnt: élő, viselkedő állat agyában feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén.

– Tudjuk, hogy az emlékek több szinten szerveződnek, a szinapszisoktól az egyes neuronokig és idegi áramkörökig, és most azt látjuk, hogy akár sejten belüli szinten is szerveződhetnek. Mindez megnyitja az utat további kísérletekhez, amelyekkel megpróbálják megérteni, hogy ha a szinapszis erőssége megváltozik, melyek azok a molekuláris, biokémiai genetikai változások, amelyek ezt az erősséget megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják – tette hozzá Rózsa Balázs.

Borítókép: Illusztráció (Fotó: Pexels)