約翰霍普金斯大學醫學院的研究人員報告說，他們已經成功地使用了這種方法。 “快速凍結”捕獲小鼠和人類活體組織中腦細胞之間的快速通信。這種方法使他們能夠觀察通常發生得太快而無法追踪的相互作用。
該團隊表示，研究結果已於 11 月 24 日發布。 神經元 並得到美國國立衛生研究院的支持。它可能有助於揭示帕金森病的非遺傳性生物學原因。
帕金森病基金會指出，帕金森病的散發病例佔診斷的大部分。這些病例涉及突觸破壞。這是一個小部位，一個神經細胞向另一個神經細胞發送信號。這是因為交叉點非常小，而且其活動移動得很快。約翰霍普金斯大學醫學院細胞生物學副教授、該研究的資深作者 Shigeki Watanabe 博士說，長期以來，這一直是詳細研究的一個挑戰。
“我們希望可視化活體腦組織樣本中突觸膜變化的新技術可以幫助我們了解非遺傳性和遺傳性形式的相似性和差異，”渡邊說。他補充說，這項技術最終可以指導這種神經系統疾病治療方法的開發。
健康的突觸如何傳遞信息
在健康的大腦中，突觸囊泡就像小包一樣。將化學信息從一個神經元傳遞到另一個神經元這種交換對於學習是必要的。記憶形成和數據處理 渡邊說，了解囊在正常條件下的行為是查明神經系統疾病中溝通開始失敗的時間點的關鍵。
此前，渡邊曾幫助設計過該方法。快速凍結 可視化突觸膜的快速變化。 （這些結果發表於 2020 年 自然神經科學– 此方法使用短時間的電刺激。刺激腦組織 隨後立即進行快速冷凍。這保留了細胞結構的準確位置，以便以後用電子顯微鏡觀察。
在之前發表的作品中 自然神經科學 今年，渡邊將這種方法應用於轉基因小鼠，以檢查一種名為 intersectin 的蛋白質的作用。研究表明 Intersectin 如何幫助將突觸小泡維持在特定位置，直到它們準備好釋放並刺激鄰近的神經元。
在人腦組織中測試該技術
最新研究小組檢查了正常小鼠的樣本。並將其與活體大腦皮質組織進行比較。它得到了在約翰·霍普金斯醫院接受癲癇手術的六名患者的批准。需要進行這些手術來去除海馬病變。
研究人員與德國萊比錫大學的 Jens Eilers 和 Kristina Lippmann 合作，通過觀察鈣信號（一種刺激神經細胞釋放神經遞質的興奮劑），證實了冷凍技術在小鼠組織中可靠地發揮作用。
然後，他們使用這種技術刺激小鼠神經元，並記錄突觸小泡與細胞膜融合併釋放化學物質的時刻。研究人員還記錄了細胞如何回收並隨後回收囊泡。這是一個稱為內吞作用的過程。
當研究小組對人體組織樣本進行鞭打和冷凍時，他們發現人類神經元中也發生了相同的囊泡回收過程。
在小鼠和人類大腦中發現的重要蛋白質
研究人員在這兩個物種中都發現了 Dynamin1xA 的存在，Dynamin1xA 是一種超快速突觸膜回收所需的蛋白質，位於據信發生內吞作用的部位。這種相似性表明在小鼠中觀察到的機制準確地反映了在人類中的機制。
“我們的研究結果表明，超快內吞作用的分子機制在小鼠和人類腦組織之間是保守的，”渡邊說。他指出，這增加了使用小鼠模型研究人腦生物學的價值。
展望未來，渡邊希望在獲得接受深部腦刺激手術的帕金森病患者許可的情況下，對收集的腦組織使用撞擊和冷凍方法。目標是觀察受影響神經元之間的囊泡變化如何變化。
這項研究的資金由美國國立衛生研究院（U19 AG072643、1DP2 NS111133-01、1R01 NS105810-01A1、R35 NS132153、S10RR026445）、霍華德休斯醫學研究所、Kazato 基金會、相關黎巴嫩敘利亞裔美國人慈善機構、海洋生物學實驗室、萊比錫大學、羅蘭提供恩斯特.基金會、約翰·霍普金斯醫學基金會、陳·扎克伯格倡議、大腦研究基金會、Helis 基金會、小羅伯特·J·克萊伯格和海倫·C·克萊伯格基金會、麥克奈特基金會、埃絲特·A. 和約瑟夫·克林根斯坦基金會以及瓦萊基金會。
該研究的共同作者包括來自約翰·霍普金斯大學的 Chelsy Eddings、Minghua Fan、Yuta Imoto、Kie Itoh、Xiomara McDonald、William Anderson、Paul Worley 和 David Nauen，以及來自萊比錫大學的 Jens Eilers 和 Kristina Lippmann。
