Нейробиологи изобрели биолюминесцентный инструмент, который позволяет наблюдать за работой мозга в режиме реального времени

Международная команда нейробиологов и биоинженеров сообщила о разработке нового метода визуализации нейронной активности, получившего название CaBLAM (Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor). Данный инструмент представляет собой генетически кодируемый сенсор, который позволяет наблюдать за работой мозга живых организмов в режиме реального времени без использования внешних источников света.

Разработка велась в рамках коллаборации Bioluminescence Hub, объединяющей специалистов из Университета Брауна, Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) и Центрального Мичиганского университета. Ведущим разработчиком молекулярной структуры сенсора выступил доцент UCSD Натан Шейнер. Результаты исследования были опубликованы в рецензируемом научном журнале Nature Methods.

Ключевой особенностью CaBLAM является использование принципа биолюминесценции — способности живых организмов светиться самостоятельно за счет химических реакций. Это отличает новый метод от традиционной флуоресцентной микроскопии, которая требует возбуждения нейронов мощными пучками света или лазерами.

До появления CaBLAM исследователи сталкивались с рядом ограничений при длительном наблюдении за мозгом: внешнее облучение часто приводило к фототоксичности (повреждению клеток) и фотообесцвечиванию индикаторов, а также создавало фоновый шум, затрудняющий интерпретацию данных. Новый сенсор решает эти проблемы, генерируя фотоны только в момент повышения уровня ионов кальция (Ca2+) в цитозоле, что свидетельствует об активации нейрона.

Согласно данным исследования, CaBLAM обеспечивает высокий контраст изображения, так как сигнал регистрируется на практически темном фоне. Это позволяет:

• Проводить съемку активности отдельных клеток и субклеточных структур с высоким временным разрешением.
• Осуществлять непрерывный мониторинг в течение нескольких часов (в экспериментах продемонстрированы сессии длительностью до 5 часов).
• Работать с бодрствующими и свободно движущимися лабораторными животными, такими как мыши и рыбки данио-рерио.

Кристофер Мур, профессор неврологии Университета Брауна и соавтор работы, отметил, что отказ от внешнего освещения меняет парадигму нейровизуализации, позволяя изучать сложные поведенческие реакции и процессы обучения без вмешательства в естественную физиологию ткани. Эксперты полагают, что CaBLAM станет надежной альтернативой существующим флуоресцентным индикаторам, особенно в экспериментах, где световое воздействие нежелательно или технически невозможно.

Источник: sciencedaily