Tragbare Mikroskope zeigen HD-Bilder von Schmerzen, die vom Rückenmark verarbeitet werden

Salk-Institut

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Schmerz ist ein starkes Gefühl, aber haben Sie sich jemals gefragt, wie Schmerz auf zellulärer Ebene wirkt? Nun, ein Team von Wissenschaftlern am Salk Institute in San Diego hat tatsächlich einen Weg gefunden, den inneren neuronalen Mechanismus zu erkennen, der mit Schmerzen verbunden ist.

In ihrer kürzlich veröffentlichten Studie schlagen sie tragbare Mikroskope vor, mit denen sie überprüfen konnten, wie Nervenzellen im Rückenmark von Mäusen Schmerzsignale verarbeiten. Stellen Sie sich vor, dieser neuartige Prozess, den Schmerz von innen zu betrachten, würde auch beim Menschen funktionieren; Dann wären wir in der Lage, den genauen Nervenweg zu bestimmen, der den Schmerz kontrolliert, den eine Person empfindet.

„Die Möglichkeit zu visualisieren, wann und wo Schmerzsignale auftreten und welche Zellen an diesem Prozess beteiligt sind, ermöglicht es uns, therapeutische Interventionen zu testen und zu entwerfen. Diese neuen Mikroskope könnten die Schmerzforschung revolutionieren“, sagte Daniela Duarte, Co-Erstautorin und Forscherin bei Salk, in der Pressemitteilung.

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Die Autoren der Studie behaupten, dass ihr tragbares Mikroskop hochauflösende und farbige Echtzeitbilder von schwer zugänglichen Teilen des Rückenmarks liefern kann, die zuvor nicht zugänglich waren. Die nur sieben und 14 Millimeter breiten Mikroskope sind mit einem Mikroprisma ausgestattet, mit dem sie qualitativ hochwertige Bilder von Rückenmarksgeweben und -zellen aufnehmen können.

Erin Carey, die Co-Erstautorin der Studie, erklärte: „Das Mikroprisma erhöht die Tiefe der Bildgebung, sodass bisher unerreichbare Zellen zum ersten Mal betrachtet werden können. Außerdem können Zellen in verschiedenen Tiefen gleichzeitig und mit minimalem Gewebe abgebildet werden.“ Störung."

Die Forscher verwendeten die winzigen tragbaren Mikroskope bei Mäusen, um sternförmige Astrozyten, nicht-neuronale Gliazellen (Zellen, die Neuronen den Stoffwechsel unterstützen) des Rückenmarks zu untersuchen. Bisher war es unmöglich, die Aktivität der Astrozyten genau zu beobachten, da sie sich in einer unzugänglichen Region des Rückenmarks befinden.

In ihren früheren Studien fanden die Forscher Hinweise darauf, dass Astrozyten möglicherweise eine Rolle bei der Schmerzverarbeitung spielen. Es war an der Zeit, diese Ergebnisse zu validieren. Sie rüsteten die Mäuse mit tragbaren Mikroskopen aus und drückten dann ihre Schwänze, um die bisherigen Ergebnisse zu bestätigen.

Dank der Wearables konnten Forscher erstmals die Aktivität von Astrozyten im Rückenmark von Mäusen beobachten – und das auch in Farbe, Tiefe und hoher Auflösung. Sie bemerkten, dass der Schmerz beim Schwanzquetschen die Astrozyten aktivierte. Da der Mikroskopaufbau außerdem leicht war, hatten die Mäuse auch keine Probleme, ihn zu tragen.

Der leitende Studienautor Axel Nimmerjahn sagte: „Diese neuen tragbaren Mikroskope ermöglichen es uns, Nervenaktivitäten im Zusammenhang mit Empfindungen und Bewegungen in Regionen und bei Geschwindigkeiten zu sehen, die mit anderen hochauflösenden Technologien nicht zugänglich sind.“ Er fügte hinzu: „Unsere tragbaren Mikroskope verändern grundlegend die Möglichkeiten bei der Untersuchung des Zentralnervensystems.“

Die Studie ist in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Während bekannt ist, dass das Rückenmark eine entscheidende Rolle bei der sensomotorischen Verarbeitung, einschließlich der schmerzbezogenen Signalübertragung, spielt, bleibt die Untersuchung entsprechender Aktivitätsmuster in genetisch definierten Zelltypen über die gesamten Rückenmarksschichten hinweg eine Herausforderung. Die Kalziumbildgebung hat die Messung der Zellaktivität bei sich verhaltenden Nagetieren ermöglicht, ist jedoch derzeit auf oberflächliche Regionen beschränkt. Hier haben wir mithilfe chronisch implantierter Mikroprismen sensorische und motorisch hervorgerufene Aktivitäten in Regionen und mit Geschwindigkeiten abgebildet, die mit anderen hochauflösenden Bildgebungstechniken nicht zugänglich sind. Um eine translaminare Bildgebung bei sich frei bewegenden Tieren durch implantierte Mikroprismen zu ermöglichen, haben wir zusätzlich tragbare Mikroskope mit maßgeschneiderten Mikrolinsen entwickelt. Dieses System bewältigt mehrere Herausforderungen früherer tragbarer Mikroskope, einschließlich ihres begrenzten Arbeitsabstands, ihrer Auflösung, ihres Kontrasts und ihres achromatischen Bereichs. Mit diesem System zeigen wir, dass Astrozyten im Hinterhorn bei sich verhaltenden Mäusen eine sensomotorische, programmabhängige und laminaspezifische Kalziumerregung zeigen. Darüber hinaus zeigen wir, dass Tachykinin-Vorläufer 1 (Tac1)-exprimierende Neuronen eine translaminare Aktivität bei akutem mechanischem Schmerz, jedoch nicht bei der Fortbewegung zeigen.