Losonczy Attila és kutatócsoportjának legújabb felfedezése új távlatokat nyithat az időskori és neurológiai betegségek kezelésében. A New York-i Columbia Egyetem Zuckerman Intézet, a Rózsa Balázs által vezetett BrainVisionCenter, valamint a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet közös kutatása forradalmi eredményt hozott: a magyar fejlesztésű 3D-lézerpásztázó mikroszkóp segítségével elsőként sikerült élő állatban másodpercek töredéke alatt, az emberi hajszálnál százszor vékonyabb struktúrákban megfigyelni az emlékek megszületését. A tanulmány a rangos Nature című folyóiratban jelent meg.
Az emlékek felidézése az agysejtek közötti kapcsolatok, az úgynevezett szinapszisok erősségének változásán alapul.
Az utóbbi években a mikroszkópos technológiák fejlődése lehetővé tette, hogy a kutatók valós időben tanulmányozhassák az élő, viselkedő állatok agysejtjeinek aktivitását is. „A pontos genetikai és molekuláris célpontok meghatározásához és a jövőbeni terápiákhoz mélyebb ismeretekre van szükség a memória rögzülésének és kialakulásának mechanizmusairól” – hangsúlyozta a Columbia Egyetem Zuckerman Intézetének vezető kutatója, Losonczy Attila. Az ezen mechanizmusok feltárására alapuló terápiás és diagnosztikai küldetés a tervek szerint részben a kollaborációs partnernél, a Rózsa Balázs és Roska Botond által alapított BrainVisionCenterben fog megvalósulni.
A hippokampusz az agy egyik legtöbbet vizsgált területe, de az elmúlt évtizedek kutatásai főként EEG-vizsgálatokra és agyszelet-preparátumokra támaszkodtak. Ezen módszerek bár szükségesek, korlátozott lehetőségeket nyújtanak, mivel nem teszik lehetővé az agyi folyamatok valós idejű és nagy felbontású vizsgálatát élő állatokban. Pedig a neurális hálózatok valós idejű megfigyelése elengedhetetlen az agyműködés mélyebb megértéséhez, amihez olyan technológiák kellenek, amelyek gyorsan és pontosan képesek pásztázni a sejteket és szinapszisokat nagyobb térfogatú mintákban.
A kutatócsoport Nature-ben közölt munkája ebben hozott nagy áttörést.
Az áttörés elérésében kulcsszerepet játszott a HUN-REN KOKI Rózsa Balázs által vezetett kutatócsoportjának segítségével kifejlesztett, és a BrainVisionCenterben is alkalmazott, speciális kétfoton lézerpásztázó mikroszkóptechnológia. A 3D-s valós idejű képstabilizációval felszerelt rendszer képes az agy folyamatos mozgását kompenzálni, lehetővé téve az agy apró elemi komponenseinek, a sejteknek és a sejtnyúlványoknak a vizsgálatát.
Az élő állatmodelles (in vivo) kísérletekben a zsigeri mozgások (mint például szívverés, lélegzés), illetve az akaratlagos mozgás akár több tíz mikrométernyi elmozdulást is okozhatnak, amely lényegesen nagyobb, mint maguk a mérendő struktúrák. Ez viszont ellehetetleníti a nagy térbeli és időbeli felbontással történő méréseket, hiszen a mérendő biológiai képletek (sejttestek, sejtnyúlványok) folyamatosan kitérnek a lézerpásztázás alól. „Az általunk fejlesztett femtoszekundumos (ez a másodperc ezermilliárdod részének egymilliomod része, ennyi idő alatt a fény 0,3 mikrométert halad, ami nagyjából egy baktérium méretének felel meg) lézerpásztázó eljárás valós időben és 3D-ben kompenzál a mozgásra” – magyarázta az új módszer hasznosságát Rózsa Balázs, a BrainVisionCenter igazgatója, a HUN-REN KOKI vezető kutatója, a publikáció kollaborációs partnere.
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 kutatócsoport egyik legnagyobb meglepetése az volt, hogy a megfigyelt hippokampális neuronok (ezek az agy temporális lebenyében helyezkednek el, a tanulásban, a memóriában és a térbeli tájékozódásban játszanak kulcsszerepet) szinapszisai nem viselkedtek egyformán az idegsejtek faágszerűen szétágazó nyúlványai, az úgynevezett dendritek mentén. A piramis alakú sejtek csúcsa közelében lévő ágak szinapszisainak aktivitása és erőssége változott a kísérletek során, míg a sejtek bázisa közelében lévőké nem. „Még mindig nem világos, miért van ez így, miért lehet ez a mechanizmus fontos – fejtette ki Losonczy Attila. – Tudjuk, hogy az emlékek több szinten szerveződnek, a szinapszisoktól az egyes neuronokig és idegi áramkörökig, és most azt látjuk, hogy akár sejten belüli szinten is szerveződhetnek.”
Mindez megnyitja az utat további kísérletekhez, amelyekben megpróbálják megérteni, hogyha a szinapszis erőssége megváltozik, melyek azok a molekuláris, biokémiai genetikai változások, amelyek ezt az erősséget megtartják, illetve a sejtszinten stabilizálják.
