Zrozumienie tego, w jaki sposób mózg przetwarza informacje, pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej neurobiologii. Aktywność neuronów zachodzi w czasie rzeczywistym i w głębokich strukturach mózgu, które są trudne do obserwacji bez ingerencji chirurgicznej. Zespół naukowców z Uniwersytetu Kiusiu opracował jednak nowy odczynnik – SeeDB-Live – który może znacząco zwiększyć możliwości nieinwazyjnego obrazowania mózgu. Technika wykorzystuje naturalne białko obecne w krwi i pozwala czasowo „oczyszczać” tkanki, dzięki czemu światło może przenikać głębiej, ujawniając aktywność neuronów. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Nature Methods.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Na czym polega technologia SeeDB-Live i w jaki sposób umożliwia czasowe „oczyszczanie” tkanki mózgowej bez zaburzania funkcji neuronów.
- Dlaczego albumina – powszechne białko obecne we krwi – okazała się kluczowym składnikiem nowego odczynnika, który poprawia przejrzystość tkanek.
- Jak nowa metoda zwiększa głębokość obrazowania aktywności neuronalnej, umożliwiając obserwację struktur mózgu wcześniej niedostępnych dla standardowych technik.
- Jak SeeDB-Live może przyspieszyć badania nad chorobami neurologicznymi oraz rozwój nowych leków, zwłaszcza w modelach 3D i organoidach mózgowych.
SeeDB-Live – nowa metoda „przezroczystości” mózgu
Nowa technologia opiera się na zastosowaniu albuminy – białka występującego powszechnie w surowicy krwi. Zespół badawczy wykazał, że odpowiednio dobrany roztwór albuminy pozwala dopasować współczynnik załamania światła w tkance mózgowej, dzięki czemu ograniczone zostaje jego rozpraszanie. W praktyce oznacza to, że struktury neuronowe znajdujące się głęboko w tkance stają się widoczne podczas obrazowania fluorescencyjnego. Jak podkreśla główny autor badania, profesor Takeshi Imai z Wydziału Nauk Medycznych Uniwersytetu Kiusiu:
Po raz pierwszy udało się oczyścić tkankę bez zmiany jej biologii.
Z kolei pierwszy autor publikacji, adiunkt Shigenori Inagaki, dodaje:
SeeDB-Live może utorować drogę do obrazowania głębokich tkanek na żywo, zarówno ex vivo, jak i in vivo.
Metoda pozwala uzyskać przezroczystość fragmentów mózgu myszy w ciągu około godziny od zanurzenia ich w odczynniku.
Dlaczego mózg jest trudny do obrazowania?
Tkanka mózgowa jest naturalnie nieprzezroczysta. Powodem jest złożona struktura komórek zawierających lipidy, białka i inne elementy o różnych współczynnikach załamania światła. Podobne zjawisko można zaobserwować w przypadku szklanych kulek – są one dobrze widoczne w powietrzu, lecz niemal znikają w oleju. Wynika to z faktu, że światło załamuje się inaczej w różnych materiałach.
W mózgu różnice te powodują rozpraszanie światła i utrudniają obserwację głębszych struktur. Badacze z Kiusiu ustalili, że optymalna przejrzystość komórek pojawia się, gdy współczynnik załamania roztworu otaczającego komórki wynosi około 1,36–1,37. Osiągnięcie takiej wartości bez zaburzenia funkcjonowania komórek było jednak ogromnym wyzwaniem.
Albumina – zaskakujący klucz do przejrzystości
Przełom nastąpił po wielu próbach z różnymi substancjami chemicznymi. Początkowo naukowcy testowali naturalne związki, takie jak cukry, jednak ich wysokie stężenia powodowały zaburzenia równowagi osmotycznej w komórkach. Zespół postanowił więc wykorzystać duże cząsteczki polimerowe, które mogą zmieniać właściwości optyczne roztworu bez zwiększania liczby cząsteczek.
Kluczowa okazała się jednak prostsza obserwacja – białka również są polimerami. Inagaki zdecydował się przetestować albuminę surowicy bydlęcej (BSA), powszechnie stosowany odczynnik laboratoryjny. Wynik okazał się zaskakujący.
Testowałem to trzy lub cztery razy, zanim w to uwierzyłem – wspominał Inagaki.
Naukowiec opisał moment odkrycia w niezwykle emocjonalny sposób:
Najwyżej w świecie, nigdy nie spodziewaliśmy się, że dojdzie do czegoś takiego.
Dodanie albuminy do pożywki komórkowej pozwoliło stworzyć roztwór, który zespół nazwał SeeDB-Live.
![Swoop™ – mobilny ultraniskopolowy rezonans magnetyczny umożliwiający obrazowanie przy łóżku pacjenta. [Wywiad]](https://alertmedyczny.pl/wp-content/uploads/2025/11/Marcin-Melka-300x200.webp)
Głębsze obrazowanie aktywności neuronów
Po zastosowaniu nowej metody naukowcy byli w stanie obserwować aktywność neuronów znacznie głębiej w tkance mózgowej niż wcześniej. Po połączeniu SeeDB-Live z wskaźnikami wapnia sygnały fluorescencyjne z neuronów znajdujących się głęboko w mózgu myszy stały się trzykrotnie jaśniejsze niż w przypadku konwencjonalnych metod obrazowania.
Pozwoliło to uzyskać wyraźny obraz piątej warstwy kory mózgowej, gdzie znajdują się neurony o rozbudowanych rozgałęzieniach odpowiedzialne za integrację sygnałów neuronalnych. Zrozumienie aktywności tej warstwy jest kluczowe dla badań nad procesami poznawczymi, takimi jak:
- pamięć
- podejmowanie decyzji
- przetwarzanie informacji sensorycznych
Odwracalność procesu i możliwość wielokrotnych badań
Jedną z najważniejszych zalet nowej metody jest jej odwracalność. W ciągu kilku godzin od usunięcia odczynnika płyn zewnątrzkomórkowy powraca do pierwotnego stanu, a tkanka odzyskuje swoją naturalną nieprzezroczystość. Dzięki temu możliwe jest wielokrotne obrazowanie tego samego mózgu w różnych momentach czasu. Pozwala to śledzić zmiany aktywności neuronalnej podczas procesów takich jak:
- uczenie się
- adaptacja mózgu
- rozwój chorób neurologicznych
Znaczenie dla badań nad lekami i chorobami mózgu
Nowa technologia może mieć ogromne znaczenie dla badań nad chorobami neurologicznymi oraz dla rozwoju nowych terapii. SeeDB-Live może pomóc w analizie:
- organoidów mózgowych
- modeli chorób neurodegeneracyjnych
- reakcji neuronów na nowe leki
Może to przyspieszyć rozwój terapii w takich obszarach jak:
- choroba Alzheimera
- choroba Parkinsona
- epilepsja
- zaburzenia neuropsychiatryczne
Wyzwania technologiczne i kolejne kroki
Mimo obiecujących wyników metoda ma jeszcze pewne ograniczenia. Dostarczenie odczynnika do mózgu nadal wymaga tzw. okna chirurgicznego, czyli niewielkiego dostępu do tkanki mózgowej. Procedura ta może powodować stres u zwierząt laboratoryjnych i ograniczać skalę badań.
Zespół planuje więc opracować mniej inwazyjne metody dostarczania odczynnika, które pozwolą zwiększyć głębokość obrazowania i poprawić analizę funkcjonalną aktywności mózgu. Inagaki podkreśla:
Uważam, że nie wykorzystaliśmy jeszcze w pełni jego potencjału.
Dekada badań zakończona przełomem
Dla profesora Imaia odkrycie SeeDB-Live jest kulminacją ponad dziesięciu lat badań. W 2013 roku jego zespół opracował metodę SeeDB, a w 2016 roku jej ulepszoną wersję SeeDB2, przeznaczoną do tkanek utrwalonych. Przez lata naukowcy pytali go, czy możliwe będzie zastosowanie podobnej technologii w tkankach żywych.
To pytanie zadawało mi się jakieś sto razy i za każdym razem odpowiadałem: »niemożliwe« – wspomina Imai. Ale 10 lat później jesteśmy tutaj. Kiedy coś wydaje się nieosiągalne, jeśli będziesz o tym stale myśleć, możesz w końcu znaleźć sposób.
Główne wnioski
- Naukowcy z Uniwersytetu Kyushu opracowali odczynnik SeeDB-Live, który wykorzystuje albuminę do tymczasowego zwiększenia przejrzystości tkanki mózgowej bez zaburzania funkcji komórkowych.
- Technologia pozwala uzyskać nawet trzykrotnie jaśniejsze sygnały fluorescencyjne z neuronów znajdujących się głęboko w mózgu, co znacząco zwiększa możliwości obrazowania aktywności neuronalnej.
- Metoda umożliwia obserwację struktur takich jak piąta warstwa kory mózgowej, kluczowa dla integracji sygnałów i przetwarzania informacji w mózgu.
- Dzięki odwracalnemu działaniu odczynnika możliwe jest wielokrotne obrazowanie tego samego mózgu w czasie, co może znacząco usprawnić badania nad chorobami neurologicznymi i rozwój nowych terapii.
Źródło:
- Kyushu University
- https://www.nature.com/articles/s41592-026-03023-y
