211service.com
Nieuwe Brain Mapping-techniek legt elke verbinding tussen neuronen vast
Het menselijk brein is een van de grootste nog niet in kaart gebrachte gebieden van het universum. En zoals bij elk mysterieus land, begint het geheim om het te begrijpen met een goede kaart.
Neurowetenschappers hebben nu een enorme stap gezet in de richting van het doel om de verbindingen tussen neuronen in de hersenen in kaart te brengen met behulp van stukjes genetisch materiaal om elke individuele hersencel te barcoderen. De techniek, MAP-seq genaamd, zou onderzoekers kunnen helpen om aandoeningen als autisme en schizofrenie in ongekend detail te bestuderen.
We hebben de basis voor een geheel nieuwe technologie met een ontelbaar aantal toepassingen, zegt Anthony Zador, een neurowetenschapper bij Cold Spring Harbor Laboratory die de techniek bedacht.
De huidige methoden voor het in kaart brengen van neuronale verbindingen, bekend als het connectoom van de hersenen, vertrouwen gewoonlijk op fluorescerende eiwitten en microscopen om cellen te visualiseren, maar ze zijn arbeidsintensief en hebben moeite om de verbindingen van veel neuronen tegelijk te volgen.
We hebben de basis voor een geheel nieuwe technologie met een ontelbaar aantal toepassingen.
MAP-seq werkt door eerst een bibliotheek van virussen te creëren die gerandomiseerde RNA-sequenties bevatten. Dit mengsel wordt vervolgens in de hersenen geïnjecteerd en ongeveer één virus komt elk neuron in het injectiegebied binnen, waardoor elke cel een unieke RNA-barcode krijgt. De hersenen worden vervolgens in plakjes gesneden en in geordende secties gesneden voor verwerking. Een DNA-sequencer leest de RNA-barcodes en onderzoekers creëren een connectiviteitsmatrix die laat zien hoe individuele neuronen verbinding maken met andere hersengebieden.
De nieuw gepubliceerde studie, die donderdag in het tijdschrift verschijnt neuron , volgt de uitgestrekte uitgaande verbindingen van 1.000 muisneuronen in een hersengebied genaamd de locus coeruleus om aan te tonen dat de techniek werkt. Maar Zador zegt dat de resultaten eerder tegenstrijdige bevindingen met elkaar verzoenen over hoe die neuronen verbinding maken met de hersenen.
Justus Kebschull, die met Zador samenwerkte bij de ontwikkeling van MAP-seq, zegt dat de techniek steeds beter wordt. We brengen nu 100.000 cellen tegelijk in kaart, in één week, in één experiment, zegt hij. Dat was voorheen alleen mogelijk als je een jouw van werk binnen.
Zowel autisme als schizofrenie worden gezien als aandoeningen die kunnen voortvloeien uit disfunctionele hersenconnectiviteit. Er zijn misschien honderden genetische mutaties die de bedrading van de hersenen tijdens de ontwikkeling enigszins kunnen veranderen. We kijken naar muismodellen waar iets wordt verprutst. En nu de methode zo snel is, kunnen we veel muismodellen bekijken, zegt Kebschull. Door het hersencircuit bij muizen te vergelijken met verschillende kandidaatgenen voor autisme, verwachten onderzoekers dat ze nieuw inzicht in de aandoening krijgen.
Ik denk dat het een geweldige methode is die veel ruimte heeft om te groeien, zegt Je Hyuk Lee, een moleculair bioloog bij Cold Spring Harbor Laboratory, die geen deel uitmaakte van het MAP-seq-onderzoek. Hoewel andere groepen soortgelijke streepjescodes hebben gebruikt om individuele verschillen tussen cellen te bestuderen, wist niemand of de streepjescodes in staat zouden zijn om langs de neuronale verbindingen door de hersenen te reizen. Dat was vermoed maar nooit aangetoond, vooral niet op deze schaal, zegt Lee.
Zador zegt dat vanaf nu zijn lab de enige is die de hersenen codeert, maar hij hoopt dat anderen MAP-seq zullen gaan gebruiken om de circuits van de hersenen in kaart te brengen. Omdat de kosten van sequencing blijven dalen, kunnen we ons voorstellen dit snel en goedkoop te doen, zei hij. Het kan dus niet lang duren voordat een volledige kaart van de hersenen klaar is voor gebruik door de eerste ontdekkingsreiziger.