Nosso cérebro é um órgão complexo. Bilhões de células neurológicas permitem uma rede complexa, processando constantemente sinais, lembrando nossas memórias ou removendo nosso corpo. Compreender essa rede complexa requer uma aparência precisa de como essas células nervosas são classificadas e anexadas. “Likon”, ciência e tecnologia é um novo método de microscopia desenvolvido por cientistas na Áustria (ISTA) e no Google Research, agora ajuda a combinar esse quebra -cabeça.
Os microscópios de luz vêm se desenvolvendo há séculos. Os cientistas – literal e metaforicamente – microscopia leve – ilumina a estrutura biológica mais complexa. No entanto, desvendar os detalhes complexos do cérebro e da arquitetura continua sendo um aparente desafio impossível, considerando bilhões de neurônios de embalagem cúbicos, conectados a outras células através de cada milhares de synpets. Um novo pipeline de microscopia chamado “Likone” (conexão baseada em microscopia leve) desenvolvida no Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) agora é um avanço.
Likon é a primeira tecnologia que excede a microscopia eletrônica capaz de reconstruir o tecido cerebral com todas as conexões sinápticas entre os neurônios. Ele abre a estrutura do neurônio, bem como a estrutura das luzes padrão para medir microscópios, além de expor as chances de visualizar aparelhos moleculares complexos.
Essa nova estratégia foi criada por seus colegas a partir de imagens ópticas de alta resolução para grupos de pesquisa de biologia em Moztaba e Tavakoli, Julia Luwan Danzal e Ista. Eles cooperaram com o Google Research com o ISTA e Mishal Januszeuski e o Grupo Novarino de Virren Jain. O procedimento já foi publicado NaturezaO
Novas possibilidades, incluindo Leconne
Moztaba não mais. Tavakoli abre uma tela, conectada ao dispositivo óptico ao computador e revela um microscópio leve com o fio sem fim. A luz da tela ilumina os tons verde-brilhante e rosa ao redor da casa preta. “Este é o hipocampo – uma região do cérebro responsável pela formação da memória”, diz Tavakoli e aponta para a tela. “Os pontos fluorescentes que você vê são as moléculas envolvidas na infecção sináptica” “O graduado do ISTA move a estrutura de pós -graduação e ajusta as configurações.
Likon é a nova técnica de microscopia do grupo Danzal. Ele age como um solucionador sutil de quebra -cabeça, os melhores processos neuronais e combinam cada conexão sináptica adequadamente com seus respectivos neurônios e combinam redes cerebrais complexas. “Até agora, nenhuma técnica de microscopia leve não pode fazer isso”, o ISTA agora é médico e médico de médico, Johan Danzal. “Criar este oleoduto nacional para reconstruir o tecido cerebral era o objetivo de longo prazo do nosso grupo e o Likon poderia fazer isso quando colocado no contexto da reconstrução estrutural”. O que está de pé é a aquisição de imagens é feita em um microscópio padrão no meio do prateleiras, que fornece a capacidade do Multicolo muito rápido e multicol. A estratégia pode ser reproduzida em qualquer lugar do mundo, porque os cientistas não precisam de equipamentos caros e sofisticados necessários para a abordagem atual para reestruturar o tecido cerebral. Para obter os detalhes desse nível, a resolução deve ser extraordinariamente alta, cerca de décadas de nanômetro, 10.000 vezes menor que a largura do cabelo humano. Mas como executá -lo? A eficiência na química é eficaz.
Zoom com gel
Para a LECONE, a equipe usou as propriedades químicas e físicas da rede de polímero tridimensional hidrogel. O Hydrogel Baby tem o mesmo recurso que as fraldas: pode levar água e incha, mas de uma maneira muito controlada.
O tecido cerebral de interesse é incorporado neste hidrogel. “Os componentes celulares estão associados ao hidrogel, o que significa que a ultraestrutura fina da célula é impressa no gel e é armazenada para microscopia”, explica Danzal. Antes da imagem, as estruturas são expandidas adicionando água ao material. Como resultado, o gel prolonga em cada direção, mas mantém o layout espacial relativo da estrutura do tecido com lealdade extremamente alta.
Para comparação, os microscópios mais leves tradicionais são limitados a classificados categoricamente na força de sua solução para cerca de 250-300 nanômetros. Embora seja adequado imaginar estruturas celulares maiores, o tecido cerebral densamente empacotado é insuficiente para ser insuficiente. “A expansão do hidrogel distingue os tecidos cerebrais até agora que podemos resolvê -los com um microscópio de luz padrão. Esse método aumenta a resolução efetiva 16 vezes, alcançando uma melhor resolução de 20 nm”, explica Tavakoli.
Galhos
A neurociência e a química não foram o único campo que encontrou seu caminho para este projeto. Os métodos de ciência da computação desempenharam um papel importante no desenvolvimento do pipeline. Isso ocorre porque a captura de imagens microscópicas resulta na coleta de vários pontos de dados. Por exemplo, a complexidade dos conjuntos de dados reflete as complicações do cérebro.
Assim, explicar e reconstruir manualmente todas as estruturas neuronais em larga escala será muito mais trabalhoso. Portanto, as técnicas profundas da pesquisa do Google foram treinadas para dividir células separadas no tecido. “A detecção de neurônios em uma escala maior usando inteligência artificial e a automação de sua ampla estrutura detectaram todos os componentes celulares praticamente o trágico trabalho de reconstrução do tratável”, explica Viren Jain do Google Research. “A capacidade de imaginar moléculas específicas adiciona simultaneamente dados de novos dados de qualidade”
O estudante de doutorado e a cientista da computação do Danzal Group, Julia Luychik, desempenhou um papel útil na explicação de conjuntos de dados complexos. “Graças aos dados de alta resolução excepcional, as conexões sinápicas nos neurônios detectadas automaticamente e os dados de imagem cerebral bruta foram convertidos em um mapa detalhado de conexão. Este é um desafio complexo de processamento de imagem”, “também, os métodos precisavam ser especializados e perpletos, mesmo um pequeno pedaço de tecido cerebral poderia ter vários milhares de conexões sinápticas” “”
Likon faz a localização de certas moléculas na reconstrução neuronal, como a infecção pelo sinal no neurônio na sinapse. A veia artística de Ludchic o ajudou a criar uma impressionante renderização em 3D da rede cerebral, porque as visualizações são ferramentas fortes para tornar dados científicos complexos mais acessíveis e explicativos.
Desbloquear
Após esse amplo pipeline, os cientistas podem reestruturar cuidadosamente os tecidos cerebrais e imaginar conexões e redes neuronais. A aplicação de tecnologias avançadas de educação profunda no ISTA e experimentação da pesquisa do Google do ISTA ao ISTA e a aplicação de calcular a análise ao ISTA à interação entre disciplina e análise -a visualização 3D da arquitetura cerebral em um novo nível de complexidade. “Likon nos traz um passo para combinar nossas peças de quebra -cabeça do cérebro de mamíferos e para entender melhor sua eficácia na saúde e na doença”, terminou Danzal.
