Международная группа исследователей под руководством Института Фрэнсиса Крика совместно с Институтом Пола Шеррера разработала новый протокол визуализации для точной и детальной регистрации связей между клетками мозга мыши. В работе, опубликованной в журнале Nature Methods , они объединили использование рентгеновских лучей с радиационно-стойкими материалами, полученными из аэрокосмической промышленности.

Изображения, полученные с помощью этой техники, позволили команде увидеть, как соединяются нервные клетки в мозге мыши, без необходимости делать тонкие срезы образцов биологической ткани.

Объемная электронная микроскопия (объемная ЭМ) стала золотым стандартом для визуализации связей нервных клеток в «цепях» внутри мозга. Она проложила путь ученым к созданию карт, называемых коннектомами, всего мозга, сначала личинок плодовой мушки , а затем и взрослых особей. Этот метод визуализации включает в себя нарезание срезов толщиной в десятки нанометров (десятки тысяч на миллиметр ткани), получение изображений каждого среза и последующее построение из них трехмерной структуры.

По сравнению с электронами рентгеновские лучи обладают потенциалом проникать в вещество на большую глубину, поэтому группа решила выяснить, подойдет ли этот тип визуализации для захвата мельчайших деталей нервных клеток в ткани без необходимости нарезать образец.

Опираясь на стандартные протоколы подготовки объёмных образцов для электронной микроскопии, они протестировали новый этап — заливку окрашенной ткани смолой, разработанной в ядерной и аэрокосмической промышленности. Эта смола способна защитить ядерные реакторы и космические корабли от радиационного повреждения, и в данном эксперименте образцы подвергались воздействию как минимум в 20 раз большей дозы радиации, достигающей в миллиарды раз больше, чем смертельная доза для человека.

Затем образцы были исследованы с помощью рентгеновских лучей в большой установке, называемой синхротроном — ускорителе частиц, который использует магнитные и электрические поля для разгона электронов до очень высоких скоростей, что затем приводит к созданию интенсивного и когерентного рентгеновского излучения.

Полученные изображения, полученные с помощью особого типа рентгеновской визуализации, называемой рентгеновской птихографией, достигли разрешения 38 нм. Этого оказалось достаточно, чтобы показать множество элементов нейронных цепей мозга мыши, включая синапсы (области соединения двух нейронов), дендриты (отростки нервных клеток) и множество аксонов (проводов, передающих электрическую информацию).

Андреас Шефер, главный руководитель группы Лаборатории сенсорных цепей и нейротехнологий в Центре Крика, сказал: «Объемная ЭМ стала революционным методом визуализации внутренних структур клетки в трехмерном формате, но она имеет ограничения при картировании нейронных связей внутри мозга млекопитающих, которые слишком велики, чтобы их можно было надежно разрезать на мельчайшие срезы».

«Мы рады, что наш протокол и использование мощного радиационно-стойкого материала позволили получать изображения мозговой ткани с исключительным разрешением. Дальнейшее совершенствование этой технологии может приблизить нас на шаг к будущей цели в этой области: картированию коннектома мозга мыши, который в десятки тысяч раз больше коннектома плодовой мушки».

С помощью рентгеновской птихографии удалось обнаружить особенности внутри клеток различных тканей мозга: дендриты обозначены зелёным, ядра клеток – синим, а митохондрии – красным. Источник: Nature Methods (2025). DOI: 10.1038/s41592-025-02891-0

Целостность тканей оценивалась с помощью традиционных методов объёмной электронной микроскопии после рентгеновской птихографии. На первой панели представлена ​​ткань, полученная с помощью объёмной электронной микроскопии после рентгеновской птихографии (вторая панель), подтверждающая сохранность её ультраструктуры. Метод обеспечивает достаточное разрешение, чтобы различить нейрон (синий), получающий контакты от других нейронов (прозрачных), а также их митохондрии (зелёный) и кластеры везикул (пурпурный). Источник: Nature Methods (2025). DOI: 10.1038/s41592-025-02891-0

Карлес Бош Пиньоль, главный научный сотрудник Лаборатории сенсорных цепей и нейротехнологий в Центре Крика, сказал: «Теперь, когда мы показали, что рентгеновская визуализация подходит для картирования мельчайших деталей деликатных образцов биологических тканей в 3D, мы продолжаем совершенствовать эти методы».

«Мы хотим улучшить поле зрения, работая с образцами большего размера, и разрешение, получая более мелкие детали. Сочетание рентгеновской визуализации с другими методами открывает новые возможности для изучения функций биологических тканей, таких как мозг».

Проект был совместно реализован Аной Диас и Адрианом Ваннером из Института Пауля Шеррера (Филлиген, Швейцария) в сотрудничестве с Европейским центром синхротронного излучения и группой по электронной микроскопии в Институте Крика.

Внимание, автоперевод! За ошибки перевода ответственности не несём. Первоисточник по ссылке.