В мозгу людей с шизофренией заметили необычные нейроны
Ученые пока не могут сказать, что именно они ответственны за развитие заболевания.
Исследуя детали клеток мозга пациентов в нанометровом масштабе, ученые обнаружили доказательства того, что нейроны людей с шизофренией могут иметь уникальные различия в толщине и кривизне, и это может даже объяснить некоторые из их симптомов.
Открытие было сделано в результате анализа небольшой группы доноров, и оно далеко от демонстрации того, что контрастирующие структуры нервных клеток влияют на неврологическое состояние пациентов.
Тем не менее исследователи отмечают, что наше понимание этих необычных характеристик растет, что может привести к появлению более эффективных методов лечения заболевание и улучшить качество жизни десятков миллионов людей во всем мире.
В исследовании, проведенном учеными из Университета Токай в Японии, использовались две разные технологии рентгеновских микроскопов: одна на объекте источника света SPring-8 в Японии, а другая на Advanced Photon Source (APS) Министерства энергетики США.
Оба они ускоряют частицы по изогнутым траекториям в так называемом синхротроне, заставляя их испускать коротковолновое электромагнитное излучение в рентгеновской части спектра. Использование рентгеновских лучей в качестве источника излучения для фотографирования мелких деталей крошечных объектов, таких как нейроны, имеет преимущества и недостатки.
С одной стороны, их узкие длины волн — это то, что нужно, чтобы уловить каждую пряжку и переплетение клеточной мембраны. APS имеет разрешение до 10 нанометров, масштаб, который значительно приближает его к обнаружению текстуры отдельных белковых каналов, покрывающих клеточную мембрану. Если смотреть под большим углом, можно реконструировать нейроны как трехмерные ландшафты высокой четкости.
К сожалению, несмотря на крошечные размеры нейронов, они все же довольно длинные. Отслеживание каждой неровности на их поверхности — утомительная работа, когда вам нужно продираться вдоль целых миллиметров их тела.
«Поле зрения нашего рентгеновского микроскопа составляет около 50 микрон, что примерно равно ширине человеческого волоса, и вам нужно проследить за этими нейронами на протяжении нескольких миллиметров», — Винсент де Андраде, соавтор исследования.
Взяв образцы ткани мозга у четырех умерших людей с диагнозом шизофрения и у четырех без нее, команда провела утомительную работу по сканированию нервных клеток с использованием двух различных синхротронных устройств.
Изображения были объединены, чтобы реконструировать нейроны в виде цифровых моделей, которые можно было статистически сравнивать в поисках отличительных характеристик. Они обнаружили, что со статистической точки зрения толщина и кривизна клеточных структур, простирающихся от тела нейрона, значительно различались у людей с шизофренией по сравнению с людьми без этого заболевания.
Эти вариации могут повлиять на то, как нейроны передают сообщения по своей длине, что может каким-то образом объяснить характеристики расстройства, которое в его наиболее серьезных формах включает галлюцинации, нарушение моторного контроля и когнитивные нарушения.
Как объясняют авторы работы, чтобы понять, что именно стоит за такими отклонениями в геометрии клетки нужны более совершенные инструменты. И надежда на их появление есть. В ближайшие несколько лет APS получит модернизацию на 815 миллионов долларов, в результате чего будет производить рентгеновские лучи в 500 раз ярче, чем те, которые излучает в настоящее время.
«Обновление APS позволит повысить чувствительность и разрешение при визуализации, что сделает процесс картирования нейронов в мозге более быстрым и точным. Нам потребуется разрешение лучше 10 нанометров для захвата синаптических связей, что станет святым Граалем для комплексного картирования нейронов, и это должно быть достижимо с обновлением», — заключает Де Андраде.
