Egy magyar innováció révén új dimenziók nyílhatnak meg az orvostudomány területén.

A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman Intézete, a BrainVisionCenter (BVC) és a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) együttműködése révén egy rendkívül izgalmas felfedezés született: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp segítségével először sikerült valós időben, élő állatban megfigyelni az emlékek keletkezését. Ez a forradalmi technológia lehetővé tette, hogy a hajszálvékony struktúrákban, amelyek az emberi hajszálnál is százszor vékonyabbak, mindössze másodpercek töredéke alatt rögzítsék az agyi folyamatokat. Az emlékek felidézése a szinapszisok – az agysejtek közötti kapcsolatok – erősségének változásán alapul, amely elmélet már közel öt évtizede ismert, de a kutatók eddig nem tudták közvetlenül megfigyelni ezeket a szinaptikus átalakulásokat élő rágcsálómodellekben. Az utóbbi évek mikroszkópos technológiáinak fejlődése azonban új utakat nyitott, lehetővé téve a kutatók számára, hogy valós időben láthassák az élő, viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását.

A memória rögzülésének és kialakulásának mechanizmusainak alaposabb megértése elengedhetetlen a precíz genetikai és molekuláris célpontok azonosításához, valamint a jövőbeli terápiák fejlesztéséhez.

- hangsúlyozta Losonczy Attila, a Columbia Egyetem Zuckerman Intézetének vezető kutatója a közleményében. A beszámolóban szereplő információk szerint a mechanizmusok feltárására irányuló terápiás és diagnosztikai célkitűzések megvalósítása részben a BVC-n, amelyet Rózsa Balázs és Roska Botond alapított, fog zajlani.

A hippokampusz az agy egyik legtöbbet vizsgált területe, de az elmúlt évtizedek kutatásai főként EEG vizsgálatokra és agyszelet preparátumokra támaszkodtak. Ezen módszerek csak korlátozott lehetőségeket nyújtanak, mivel nem teszik lehetővé az agyi folyamatok valós idejű és nagy felbontású vizsgálatát élő állatokban. A neurális hálózatok valós idejű megfigyelése elengedhetetlen az agyműködés mélyebb megértéséhez. Ehhez olyan fejlett technológiák kellenek, amelyek gyorsan és pontosan képesek pásztázni a sejteket és szinapszisokat nagyobb térfogatú mintákban.

Az áttörés elérésében kulcsszerepet játszott a HUN-REN KOKI Rózsa Balázs által vezetett kutatócsoportjának segítségével kifejlesztett, speciális kétfoton lézerpásztázó mikroszkóptechnológia.

A 3D-s, valós idejű képstabilizáló rendszer lehetővé teszi az agy folyamatos mozgásának kompenzálását, így részletesen megfigyelhetjük az agy apró, elemi összetevőit, mint a sejtek és a sejtnyúlványok. Ez a technológia új dimenziókat nyit a neurobiológiai kutatások előtt, lehetővé téve a mikroszkopikus szintű vizsgálatokat.

Az élő állatmodellek kísérletei során tapasztalt zsigeri mozgások – mint például a szívverés és a légzés – valamint az akaratlagos mozgások akár több tíz mikrométeres elmozdulásokat is eredményezhetnek. Ezek az elmozdulások lényegesen meghaladják a vizsgált struktúrák méretét, ami komoly kihívások elé állítja a nagy térbeli és időbeli felbontású méréseket. A biológiai komponensek, mint például a sejttestek és sejtnyúlványok folyamatosan kikerülik a lézerpásztázás fókuszát, így jelentősen nehezítik a precíz mérési folyamatokat.

Az általunk kifejlesztett femtoszekundumos lézerpásztázó technológia páratlan precizitással és valós időben képes kompenzálni a mozgásokat. A femtoszekundum a másodperc egymilliárdod részének egy milliószorosát jelenti, ami annyira rövid idő, hogy a fény mindössze 0,3 mikrométert, vagyis egy tipikus baktérium méretét képes megtenni. Ezzel az innovatív megoldással a 3D-s képalkotás során zökkenőmentesen követhetjük a dinamikus folyamatokat, így új távlatokat nyitva a tudományos és ipari alkalmazások előtt.

- fejtette ki az új módszer előnyeit Rózsa Balázs, a BVC igazgatója, aki a publikáció kollaborációs partnere is.

A berendezés képes az emberi hajszál vastagságának századrészét kitevő struktúrákban megfigyelni az összes aktivitást, és elég gyors ahhoz, hogy elkapja a szinapszisok erősségének változásait, amelyek másodpercek századrésze alatt történnek. A mikroszkóprendszernek az úgynevezett feszültségszenzorokkal együtt alkalmazva sikerült az, ami korábban megoldhatatlannak tűnt: élő állat agyában feszültségjeleket mérni egyetlen szinapszis szintjén. Mindez megnyitja az utat további kísérletekhez, amiben megpróbálják megérteni, hogyha a szinapszis erőssége megváltozik, mik azok a molekuláris, biokémiai genetikai változások, amelyek ezt az erősséget megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják.