研究探讨新的成像过程中大脑的复杂机械工具逐步健康和疾病

在阿尔茨海默氏症,通过大脑异常蛋白质的蛇,导致神经元枯萎和死亡。但即使这些蛋白质抑制大脑的分子机制,一些老年痴呆症患者健康活到老,没有表现出任何症状。理解为什么有些大脑弹性面对神经系统疾病如阿尔茨海默氏症可能是未来治疗的关键。

但数十年的研究未能从大脑中提取清晰的答案残忍的复杂性。神经组织由一百或更多专业类型的细胞之间的相互作用,每一种都是由成千上万的复杂分子机器。理解这些复杂的系统——在那里他们出错在神经退行性疾病,都需要一种可视化这些联锁组件的大脑组织,所有在同一时间。

吴蔡神经科学研究所下属肖恩Bendall认为他刚刚工作的工具。坚信很多顽固的科学问题需要一个新的看待问题的方式,Bendall领导着一个团队的“道歉工具”建筑商构建强大的细胞和组织成像技术来帮助理清生物分子的复杂性。团队的最新技术多路复用离子束成像,或MIBI-provides新方法同时想象几十种不同的脑组织组件潜在的数以百万计的组合。

在实验室设计的免疫学家加里·诺兰,Bendall训练之前负责他自己的团队,MIBI使用离子束来回扫描一个组织标本,释放metal-tagged抗体标记的位置很多感兴趣的分子。建立在早先单细胞Bendall帮助先锋在诺兰实验室多路复用技术,称为血细胞计数的飞行时间(CyTOF) MIBI使用质谱分析来识别这些金属离子在飞行中,构建一个高维分子肖像的一块完整的纳米级分辨率的组织。

MIBI补充其他多路复用组织成像技术可用的斯坦福大学的研究人员,如CODEX-another技术开发的诺兰标签组织样本的实验室荧光标记在宣读他们的分子特征。与其他技术,成像的荧光标记有时可以是一个棘手的任务由于组织的天然荧光,从而阻碍其他荧光信号。相比之下,MIBI使用质谱分析相反的荧光标记允许它来避免这些局限性,协助Bendall实验室的任务帮助研究人员研究人类大脑的复杂性。

Bendall的团队,总部设在美国病理学,MIBI使用多个研究发表在癌症和免疫学。但团队的最新研究,目前的预印本BioRxiv,火车MIBI在一个拼图的韧性在阿尔茨海默氏症。

使用MIBI的多路复用能力,团队探索为什么相同分子黏性物质特性的阿尔茨海默氏症的大脑在看似无病和患病的病人。研究小组定义病理地区这两种类型的大脑,寻求模式保存后期病人的大脑样本在不同的认知水平。在所有的病人一个发现:小组持续健康的神经元进行MFN2以增加蛋白质的表达,保护因素与阿尔茨海默病的过去,但拒绝综合分析。

Bendall说,这项研究是一个概念验证申请多路复用成像在神经病理学的力量。Bendall设想MIBI作为一种工具被训练在阿尔茨海默病研究不仅面临的关键问题,但神经退行性疾病。Bendall一直致力于使科学界MIBI更容易,Ionpath成立公司,旨在使MIBI商用临床研究人员在世界各地。和斯坦福大学,人类的免疫监控中心计划明年提供一个新的MIBI工具由斯坦福大学的研究人员使用。

我们采访了Bendall更多地了解MIBI和他的团队希望工具如何推进斯坦福大学神经科学的研究。

你最近一直在努力把你的神经病理学的新MIBI技术领域。神经科学MIBI如何帮助解决重大问题无法解决的吗?

这真是一个鸡和蛋的问题。人们很难想象他们可以问些什么问题,如果他们不知道,某些技术的存在是为了帮助他们问这些问题。

如果我们回到人类生物学,我们知道更多关于细胞的组成和角色在造血系统(系统参与创建血液细胞)和在体内的免疫系统比其他任何组织。这主要是由血细胞计数的进步,已提振我们看看这些系统的能力不同的集合。这种技术帮助我们找出这些碎片和分析。

现在,比较我们的优雅的对这些系统与大脑的理解,我们更有限的测量时神经调节和疾病。与免疫系统不同的是,我们必须选择学习当我们做一个实验。我要看看神经元?我要看血脑屏障?你没有机会看的所有组件在同一时间,看看他们是如何相互作用,限制了我们问的能力大,重要的问题。

你能详细说明为什么我们需要看看所有这些部件在同一时间吗?这是为什么MIBI方面如此重要?

科学家往往不是对他们“假设”是推动一个给定的生物或疾病的过程。如果你限制你的调查就最可能的候选人,你会经常错过真正的答案。

举个例子,假设我认为某些特定细胞类型可以对特定疾病的行为,和我所有的实验上发光就这一个细胞类型。这是一个问题,因为我经常错的而不是孤立地研究一个生物系统的行为。我发现从实验将只适用于特定的细胞类型,而我忽略了一切。

MIBI让你采取一个更全面的方法任何疾病或组织同时通过观察所有主要组件和流程。潜在的目标是使用MIBI看一系列的神经退行性疾病,观察中枢神经系统作为一个整体,并量化它的所有组件。换句话说,我们正在做一个全面的模型发生了什么。

如何你的新预印本演示MIBI在神经科学研究的潜在能力?

这第一篇论文旨在作为一个框架,如何使用MIBI神经科学。我们陈述我们的宣言关于我们需要的工具提供给我们在血液学和免疫学,提供一个更全面的了解这些系统,并应用到神经退行性疾病和神经病理学。

与人类研究神经系统疾病的一个挑战是,你没有得到他们活着的时候人的大脑切片,这意味着获得高素质脑组织是很困难的。一般来说,这是极其技术限制。这些组织通常在一个档案格式,这意味着大脑倾倒在一桶福尔马林和嵌入在蜡。MIBI专业应对这样的样本格式,这就是为什么我们特别感兴趣的是使用它来帮助研究神经系统疾病。

看着你的出版历史,你的实验室有了很多不同的生物学领域,现在包括神经科学和神经退行性疾病。所有这些结合在一起怎么样?你会如何描述你的实验室的使命?

我们道歉建筑商的工具。我们制造很多不同的平台和分析在蛋白质水平观察细胞和组织,人们没能做。最近,我们开始深入研究应用的一些组织成像技术我们已经开发了类似的神经退行性疾病。

制定新的工具是什么吸引你?

所以,我最喜欢的科学领域(这不是我做的科学)是天体物理学。我爱这个想法有很多已知的未知,而研究人员可以构建一个工具指着那些未知数,问一个新的问题。

我也总是喜欢技术。并结合,与我增加背景在细胞生物学和人类病理学,我试图理解在这些领域的挑战。在人类医学,未知是什么?我知道什么技术和我们如何想出一个光照耀那些未知数,回答这些问题吗?

你希望将来使用的MIBI斯坦福大学吗?

我们希望这将开始成长为一个社区资源,CyTOF一样。短期内,我们想获得利益和制度支持所以人们知道这是这里。长远来看,特别是用这个特殊的纸,我们想帮助协会成员了解MIBI可以用来推进他们的研究。