Forskare vid Max Planck Florida Institute for Neuroscience och Kanazawa University (Japan) har lyckats avbilda strukturell dynamik hos levande neuroner med en oöverträffad rumslig upplösning.

Även om framsteg har gjorts under de senaste decennierna i strävan efter att optimera atomkraftsmikroskopi (AFM) för avbildning av levande celler, det fanns fortfarande ett antal begränsningar och tekniska frågor som behövde åtgärdas innan grundläggande frågor inom cellbiologi kunde tas upp i levande celler.

I deras marspublikation i Vetenskapliga rapporter , forskare vid Max Planck Florida Institute for Neuroscience och Kanazawa University beskriver hur de har byggt det nya AFM-systemet optimerat för levande cellavbildning. Systemet skiljer sig på många sätt från en konventionell AFM:den använder en extremt lång och vass nål fäst på en mycket flexibel platta. Systemet är också optimerat för snabb skanning för att fånga dynamiska cellulära händelser. Dessa modifieringar har gjort det möjligt för forskare att avbilda levande celler, såsom däggdjurscellinjer eller mogna hippocampala neuroner, utan några tecken på cellskador.

"Vi har nu visat att vår nya AFM direkt kan visualisera morfologiska förändringar i nanometerskala i levande celler", förklarade Dr Yasuda, neurovetare och vetenskaplig chef vid Max Planck Florida Institute for Neuroscience.

Särskilt, denna studie visar förmågan att spåra strukturell dynamik och ombyggnad av cellytan, såsom morfogenes av filopodia, membran volanger, gropbildning eller endocytos, som svar på miljöstimulerande medel. Ett exempel på denna förmåga kan visualiseras i film 1, där en fibroblast avbildas före och efter behandling med insulinhormon, vilket intensivt förstärker rufningen i framkanten av cellen. Ett annat exempel ses i film 2, där de morfologiska förändringarna av ett fingerliknande neuronalt utsprång i den mogna hippocampusneuronen observeras.

Enligt Dr Yasuda, de framgångsrika observationerna av strukturell dynamik i levande neuroner presenterar möjligheten att visualisera synapsernas morfologi vid nanometerupplösning i realtid inom en snar framtid. Eftersom morfologiska förändringar av synapser ligger bakom synaptisk plasticitet och vårt lärande och minne, detta kommer att ge oss många nya insikter om mekanismer för hur neuroner lagrar information i sin morfologi, hur det förändrar synaptisk styrka och i slutändan hur det skapar nytt minne.