Раскрывая секреты мозга аксолотля: исследование нервной системы саламандр раскрывает новое понимание эволюции движения и координации конечностей. Обладая замечательными регенеративными способностями и малоизученными нейронными цепями, ученые разрабатывают передовые методы наблюдения за функциональной связностью нейронов аксолотлей.
На чем специализируется ваша исследовательская группа?
Наша исследовательская группа, входящая в состав лаборатории Танака в Научно-исследовательском институте молекулярной патологии (IMP) в Вене, исследует и изучает нервную систему саламандр, в частности мексиканскую амбистому, более известную как аксолотль. Эти животные не только обладают замечательными регенеративными способностями, в том числе в мозге, но также являются одними из первых животных в ходе эволюции, у которых развился полностью функционирующий набор конечностей. Таким образом, изучение их мозга может пролить свет на эволюцию нервной системы и нашу способность скоординировано двигать руками и ногами.
Кодированное по глубине изображение z-стека через 150 мкм неочищенного мозга мыши Thy1-GFP
Не могли бы вы подробно рассказать о своих экспериментах и о том, что должно быть достигнуто/улучшено?
В то время как нервная система рыбок данио и грызунов тщательно изучена, о саламандрах известно немного. В настоящее время мы разрабатываем методы исследования мозга этих организмов. В частности, мы разрабатываем метод надежного наблюдения и измерения функциональной связи между нейронами. Мы интегрируем индикаторы кальция в саламандр, чтобы затем исследовать различные цепи, например, обонятельную и зрительную.
Каковы критические точки в эксперименте и как вам помогают лазеры ALCOR от Spark Lasers?
Чтобы исследовать функциональную связность мозга аксолотлей и проводить поведенческие эксперименты in vivo, в которых активность нейронов отслеживается при воздействии стимулов, мы построили прямой двухфотонный микроскоп. Фактически, нелинейность двухфотонного поглощения и меньшее рассеяние длин волн ближнего инфракрасного диапазона обеспечивают унаследованное трехмерное разрешение и ограниченную флуоресценцию в нативных тканях, таких как интактный мозг.
Для нашего микроскопа нам нужен был очень универсальный, надежный и мощный фемтосекундный лазер, так как было проведено мало исследований мозга саламандр, и мы ожидаем, что оптическая установка будет постоянно меняться. Мы стремимся визуализировать активность нейронов с помощью индикаторов GCaMP, пик двухфотонного сечения которых составляет около 920 нм. Учитывая все эти требования, мы выбрали систему ALCOR-920-XSight-2W со встроенным акусто-оптическим модулятором (AOM).
Трехмерная проекция клеток зрительной ткани трансгенного аксолотля Beta-3 Tubulin – GFP. Размер стопки >400 мкм
Почему вы выбрали лазеры ALCOR?
ALCOR-920 обеспечивает максимальную гибкость среди всех фемтосекундных лазерных источников, потому что, как я уже говорил, мы не знаем, чего ожидать, исследуя мозг аксолотлей. Поскольку лазерный свет также должен проходить через толстые слои кожи и черепа, нам требовалась максимально возможная мощность, ограниченная кратчайшим импульсом < 100 фс. Уже одно это значительно улучшает соотношение сигнал/шум. Управляемая компьютером дисперсия с групповой задержкой (GDD) с диапазоном от 0 до -60 000 фс² также позволит нам представить новые обновления и более экзотические оптические компоненты. На самом деле, после просмотра всего нескольких объективов GDD уже установлен на -14 000 фс².
Сталкивались ли вы с какими-либо неожиданностями при внедрении данного лазера?
Я подготовился к прибытию лазера, купив несколько стоек и креплений, а также пробоотборники луча и фотодиоды для измерения и контроля выходной мощности АОМ. В конце концов, к моему удивлению, ни один из этих компонентов не был необходим. Лазер работает по принципу plug-and-play, его можно легко установить и зафиксировать на разной высоте, а AOM обеспечивает линейный выходной сигнал, которым можно напрямую и легко управлять с помощью программного обеспечения Spark Lasers.
D-ролик руки Beta-3 Tubulin – трансгенного аксолотля GFP
Как, по вашему мнению, новая версия ALCOR 920 на 2.5 Вт повлияет на ваши результаты?
Оптимизированное качество импульса, а также более высокая мощность, безусловно, позволят нам добиться лучшего качества изображений через шкуры и черепа животных. Это также обеспечит достаточную мощность для установки компонентов визуализации с очень низкими потерями, таких как модуль фокусировки.