Адам ағзасының әрбір мүшесінде қозғалысты, қызметті және мүшелер арасындағы өзара әрекеттестікті үйлестіретін өте нәзік талшықтар бар. Бұлшықет талшықтары физикалық күшті жеткізеді, ішек талшықтары ас қорыту жолының қозғалысын қамтамасыз етеді, ал ми талшықтары электрлік сигналдарды өткізіп, түрлі аймақтардың ақпарат алмасуына мүмкіндік береді. Осы күрделі талшықты жүйелердің жиынтығы әр органның құрылымын қалыптастырып, олардың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Аурулардың талшықты құрылымдарға әсері

Көптеген аурулар осы нәзік желілердің бұзылуына әкеледі. Мида талшықты байланыстардың зақымдануы дерлік барлық неврологиялық бұзылыстарда байқалады, бұл нейрондық коммуникацияның өзгеруіне себеп болады. Бұл микроскопиялық құрылымдардың маңыздылығына қарамастан, олардың тін ішіндегі бағытын анықтау қиын болғандықтан, ұзақ уақыт бойы толық зерттеу мүмкін болмады, бұл олардың денсаулық пен ауру кезіндегі өзгерістерін толық түсінуді тежеді.

Талшықтарды визуализациялаудың жаңа тәсілі

Мариос Георгиадис жетекшілік еткен зерттеушілер тобы күрделі талшықты құрылымдарды жоғары дәлдікпен және салыстырмалы түрде төмен шығынмен визуализациялауға мүмкіндік беретін әдіс ойлап тапты. Бұл әдіс Nature Communications журналында сипатталған және шашыраған жарықты есептік визуализациялау (ComSLI) деп аталады. Ол тіндік талшықтардың бағыты мен ұйымдасуын микрометрлік дәлдікпен кез келген гистологиялық кесіндіде, бояу немесе сақтау тәсіліне тәуелсіз — тіпті ондаған жылдар бойы сақталған үлгілерде де анықтауға мүмкіндік береді.

ComSLI қарапайым физикалық қағидаға негізделген: жарық микроскопиялық құрылымдарға түскенде, олардың бағытына байланысты әртүрлі бағытта шашырайды. Жарық көзін бұрып, шашырау сигналының өзгерістерін тіркей отырып, зерттеушілер әрбір пиксельдегі талшықтардың бағытын қалпына келтіре алады.

Әдісті қолдану үшін тек айналмалы жарықдиодты жарық көзі мен микроскопиялық камера қажет, бұл қондырғыны басқа озық микроскопия түрлерімен салыстырғанда қолжетімді етеді. Суреттер жиналғаннан кейін арнайы бағдарламалық жасақтама шашыраған жарықтың нәзік үлгілерін талдап, талшықтардың бағыты мен тығыздығының түсті карталарын жасайды — бұл микроструктураны ескеретін талшықтардың бағыттық таралымы деп аталады.

Әдістің әмбебаптығы мен артықшылықтары

ComSLI үлгіні дайындау тәсіліне тәуелді емес. Ол формалинмен бекітілген, парафинге құйылған кесінділермен (ауруханалар мен патологоанатомиялық зертханалардағы стандарт), сондай-ақ жаңадан мұздатылған, боялған немесе боялмаған слайдтармен жұмыс істей алады. Ғалымдар басқа жобалар үшін жасалған, тіпті ондаған жылдар бойы сақталған слайдтарды қайта зерттеп, үлгілерді өзгертпей-ақ жаңа құрылымдық деректер ала алады.

Нейроғылым мен басқа салалардағы қолдану

Нейроғылымның басты міндеттерінің бірі — мидың микроскопиялық жолдарының дәл картасын жасау. ComSLI әдісін пайдалана отырып, Георгиадис пен әріптестері адам миының формалинмен бекітілген, парафинге құйылған толық кесінділерін және стандартты слайдтарын визуализациялап, бүкіл тін бойынша талшықтардың егжей-тегжейлі құрылымын анықтады. Олар сондай-ақ бұл талшықтардың неврологиялық аурулар, мысалы, шашыранды склероз, лейкоэнцефалопатия және Альцгеймер ауруы кезінде қалай өзгеретінін зерттеді.

Ерекше назар гиппокампқа — жадтың қалыптасуы мен қайта жаңғыруында маңызды рөл атқаратын және нейродегенерацияның ерте кезеңдерінде жиі зақымданатын ми аймағына аударылды. Альцгеймер ауруымен ауыратын науқастың гиппокамп кесіндісі мен сау үлгіні салыстырғанда, команда айқын құрылымдық нашарлауды анықтады: әдетте гиппокамп аймақтарын байланыстыратын қиылысқан талшықтар айтарлықтай азайған, ал жадқа жауап беретін негізгі жол (перфорирлеуші жол) әрең байқалды. Ал сау гиппокампта, керісінше, бүкіл аймақ бойынша тығыз әрі өзара байланысқан талшықтар желісі байқалды. Осы егжей-тегжейлі карталардың арқасында зерттеушілер аурудың өршуіне қарай жад тізбектерінің қалай бұзылатынын көре алады.

Тарихи үлгілерді зерттеу

Әдістің мүмкіндіктерін тексеру үшін зерттеушілер 1904 жылы дайындалған ми кесіндісін талдады. Тіпті осы ғасырлық үлгіде де ComSLI күрделі талшықты құрылымдарды анықтап, ғалымдарға тарихи үлгілерді зерттеуге және аурулар ұрпақтар бойы құрылымдық ерекшеліктердің қалай өзгеретінін бақылауға мүмкіндік берді.

Мидан тыс қолдану

Әдіс бастапқыда ми зерттеулеріне арналғанымен, ComSLI басқа тіндермен де жақсы жұмыс істейді. Команда бұл әдісті бұлшықет, сүйек және тамырларды зерттеуде қолданды, олардың әрқайсысы өз биологиялық функцияларына байланысты ерекше талшықты құрылымдарды көрсетті. Тіл бұлшықеттерінде әдіс қозғалыс пен икемділікке жауап беретін қабатты талшықтардың бағытын анықтады. Сүйектерде механикалық жүктеме бағытына сәйкес келетін коллаген талшықтары байқалды. Артерияларда беріктік пен серпімділікті қамтамасыз ететін коллаген мен эластиннің кезектескен қабаттары анықталды.

Әдістің болашағы мен маңызы

Әртүрлі түрлердің, мүшелердің және архивтік үлгілердің талшықтардың бағытын картаға түсіру мүмкіндігі тіндердің құрылымы мен қызметін зерттеуге деген көзқарасты түбегейлі өзгерте алады. Бұл бүкіл әлемде сақталған миллиондаған слайдтарда әлі ашылмаған микроструктуралық ақпарат болуы мүмкін екенін білдіреді.

Әдіс жарияланған сәттен бастап үлгілерді сканерлеу мен ComSLI қондырғысын қайталау туралы көптеген сұраныстар түсті — көптеген зертханалар мен клиникалар өз гистологиялық кесінділерінде талшықтардың бағыты мен микробайланысын микрондық дәлдікпен анықтағысы келеді. Тағы бір қызықты жоспар — жақсы сипатталған ми архивтеріне немесе танымал адамдардың ми кесінділеріне қайта оралып, микробайланыс туралы ақпаратты қалпына келтіру, бұрын жоғалған деп есептелген «құпияларды» ашу. ComSLI-дің бірегейлігі де осында.