Observarea directă a activităţii neuronale în interiorul creierului viu este una dintre marile provocări ale neuroştiinţei. O nouă metodă, descrisă de cercetători, permite creşterea transparenţei ţesutului cerebral fără a-i modifica funcţionalitatea, ceea ce face posibilă vizualizarea mai clară a neuronilor situaţi în profunzimea creierului.
Cercetători de la Universitatea Kyushu din Japonia au dezvoltat un nou reactiv care face ţesutul cerebral transparent fără a-i altera funcţiile biologice, permiţând imagini mai profunde şi mai clare ale neuronilor activi.
Metoda este descrisă într-un studiu publicat, joi, în revista Nature Methods.
Substanţa, denumită SeeDB-Live, foloseşte albumina - o proteină abundentă în serul sanguin - pentru a creşte transparenţa ţesutului cerebral, menţinând în acelaşi timp funcţionarea normală a celulelor.
Tehnica permite observarea structurilor neuronale situate mai adânc atât în probe cultivate în laborator, cât şi în creierul şoarecilor vii.
Potrivit autorilor, aceasta este prima metodă care face ţesutul transparent pentru imagistică fără a modifica funcţionarea biologică a celulelor.
Activitatea cerebrală complexă, precum memoria sau gândirea, depinde de comunicarea continuă dintre celulele situate în diferite regiuni ale creierului. Pentru a înţelege aceste procese, cercetătorii trebuie să observe activitatea neuronală în creierul viu. Una dintre soluţii este creşterea transparenţei ţesutului cerebral, astfel încât lumina să pătrundă mai adânc în timpul tehnicilor de imagistică.
Fenomenul are la bază proprietăţile optice ale materialelor. Lumina se refractă şi se împrăştie atunci când trece între medii cu indici de refracţie diferiţi. Ţesutul cerebral conţine lipide şi alte componente celulare care creează diferenţe microscopice ale indicelui de refracţie, ceea ce împrăştie lumina şi limitează vizualizarea structurilor profunde. Reducerea acestor diferenţe permite propagarea mai uniformă a luminii.
În experimentele efectuate, echipa a constatat că celulele vii devin mai transparente atunci când indicele de refracţie al soluţiei extracelulare este ajustat la valori cuprinse între 1,36 şi 1,37. Cercetătorii au căutat o metodă care să atingă aceste valori fără a afecta echilibrul osmotic al celulelor, deoarece modificările presiunii osmotice pot determina umflarea sau deshidratarea acestora.
Iniţial au testat substanţe naturale precum zahărul, însă concentraţiile necesare erau prea mari şi produceau deshidratarea celulelor. Pentru a evita această problemă, echipa a explorat polimeri de dimensiuni mari, deoarece numărul mai mic de molecule necesare poate modifica indicele de refracţie fără a creşte excesiv presiunea osmotică. Chiar şi după testarea a aproape o sută de compuşi, cercetătorii nu găsiseră o soluţie.
Sferoidul de celule HeLa - un mic agregat tridimensional de celule HeLa cultivate în laborator -, a devenit rapid transparent după înlocuirea mediului cu soluţia SeeDB-Live (imagini în contrast de fază). Astfel de sferoizi sunt folosiţi pentru a imita mai bine structura unui ţesut real decât culturile celulare plate. HeLa este o linie celulară celebră în biologie. Este una dintre cele mai folosite celule umane în cercetarea biomedicală. Celulele HeLa provin dintr-o tumoră de col uterin prelevată în anul 1951 de la o pacientă americană numită Henrietta Lacks. Primele două litere ale numelui şi prenumelui ei au dat numele liniei celulare: HeLa.Ceea ce le face speciale este faptul că aceste celule pot continua să se dividă la nesfârşit în laborator. Majoritatea celulelor umane se opresc din diviziune după un număr limitat de cicluri, dar celulele HeLa sunt „nemuritoare”, adică se multiplică continuu în condiţii de cultură. Din acest motiv au devenit un instrument standard în cercetare. Au fost folosite în mii de studii, inclusiv pentru: dezvoltarea vaccinului împotriva poliomielitei, cercetări în cancer, studii de genetică şi biologie celulară, testarea medicamentelor, cercetări asupra virusurilor. Credit: KyushuUniv, 12 martie 2026
Reuşita a venit în mod neaşteptat, când echipa a testat albumina serică bovină (BSA), o proteină utilizată frecvent în laboratoare.
Surprinzător, această proteină a generat cea mai mică presiune osmotică la indicele de refracţie dorit. Prin adăugarea albuminei în mediul de cultură, astfel încât indicele de refracţie să fie apropiat de cel din interiorul celulelor, cercetătorii au obţinut o soluţie care face ţesutul viu transparent, pe care au numit-o SeeDB-Live.
În experimentele efectuate pe probe de creier de şoarece, ţesutul a devenit transparent în aproximativ o oră după imersie în soluţie.
O probă de creier de şoarece (veche de 5 zile, cu o grosime de 300 μm) a fost făcută transparentă cu SeeDB-Live. Mediul a fost schimbat din lichid cefalorahidian artificial (ACSF) în SeeDB-Live/ACSF. Credit: KyushuUniv, 12 martie 2026
Când metoda a fost combinată cu un indicator de calciu, activitatea neuronală normală din zonele profunde ale ţesutului a putut fi observată în creierul transparent.
Aplicarea tehnicii în creierul şoarecilor vii a crescut de trei ori intensitatea semnalelor fluorescente provenite de la neuronii situaţi în profunzime.
Metoda a permis vizualizarea clară a neuronilor din stratul 5 al cortexului cerebral, o regiune caracterizată prin neuroni puternic ramificaţi implicaţi în procesarea informaţiei şi transformarea activităţii neuronale în acţiune.
Înainte de dezvoltarea acestui reactiv, obţinerea unor imagini clare la această adâncime era dificilă prin metodele existente.
Transparenţa ţesutului este reversibilă. Lichidul extracelular elimină soluţia în câteva ore, iar ţesutul revine la starea iniţială. Întrucât metoda nu produce modificări permanente, acelaşi animal poate fi examinat repetat pentru a-i urmări activitatea cerebrală în timp.
Imagini de fluorescenţă ale cortexului cerebral la un şoarece transgenic Thy1-YFP-H, înainte şi după aplicarea soluţiei SeeDB-Live pentru creşterea transparenţei ţesutului. Sunt prezentate imagini secvenţiale x-y obţinute prin microscopie cu doi fotoni. Credit: KyushuUniv, 12 martie 2026
Autorii studiului subliniază că albumina este abundentă în sânge şi foarte solubilă, caracteristici care o fac potrivită pentru creşterea transparenţei optice a ţesuturilor.
Metoda prezintă însă şi limitări. Deşi funcţionează eficient în ţesutul cerebral, barierele biologice limitează livrarea soluţiei către alte organe, iar accesul la creier necesită în continuare realizarea unei ferestre chirurgicale, procedură care poate provoca stres şi reduce eficienţa experimentelor.
Cercetătorii consideră că metoda ar putea permite obţinerea unor imagini fluorescente mai clare din zonele profunde ale ţesuturilor şi ar putea ajuta la studierea modului în care diferite regiuni ale creierului lucrează împreună.
Metoda ar putea fi utilizată şi pentru evaluarea ţesuturilor tridimensionale şi a organoizilor cerebrali în cercetarea pentru descoperirea de medicamente.
