Ученые впервые восстановили часть функций в глубоко замороженной ткани мозга мыши
Знакомый образ в научной фантастике - это криоконсервированный путешественник во времени, его тело глубоко заморожено в анабиозе, а затем оттаяло и пробудилось еще через десятилетие или столетие со всеми умственными и физическими способностями.
Источник: 20TH CENTURY FOX via AJ Pics/Alamy. Криокапсула для сна в научно-фантастическом фильме 1979 года "Чужой".
МОСКВА, 12 марта. /Новости науки/. Немецкие нейрофизиологи показали, что после сверхглубокой заморозки можно частично «перезапустить» работу нервной ткани: у замороженных и затем отогретых образцов гиппокампа мыши сохранились электрическая возбудимость нейронов, обмен веществ и даже синаптическая пластичность, связанная с памятью, говорится в статье на сайте Nature.
Исследователи, пытающиеся криогенно заморозить и разморозить мозговую ткань людей и других животных, в основном молодых позвоночных, сумели показать, что нейронная ткань может выдерживать замораживание на клеточном уровне и после размораживания в некоторой степени функционировать.
Но полностью восстановить процессы, необходимые для правильного функционирования мозга — нейронную активность, клеточный метаболизм и пластичность мозга, все еще не удалось.
Как известно, в настоящее время главной проблемой криоконсервации мозга считается лед, кристаллы которого при замерзании буквально рвут тонкую наноструктуру ткани, повреждают мембраны и контакты между нейронами, из-за чего мозг после оттаивания обычно не может восстановить нормальную работу.
Кроме того, мешают осмотический стресс и токсичность криопротекторов — веществ, которые защищают клетки от замерзания.
Группа ученых под руководством невролога Александера Германа (Университет Эрлангена—Нюрнберга) пошла по «безледному» пути — витрификации. При таком подходе ткань охлаждают настолько быстро и с таким составом криопротекторов, что вода переходит не в кристаллы, а в стеклообразное состояние, где молекулы «застывают» без образования льда.
Исследователи прямо ставили вопрос: может ли функция вернуться после полного “выключения” молекулярной подвижности в таком «стекле».
Сначала ученые работали с тонкими срезами мозга мыши толщиной 350 микрометров, содержащими гиппокамп — ключевую область памяти и навигации. Образцы обрабатывали криопротекторами, быстро охлаждали в жидком азоте до −196 °C, затем хранили при −150 °C от 10 минут до 7 дней, после чего отогревали.
Проверки показали, что после отогрева сохранялись важные признаки «живой» ткани: под микроскопом нейронные и синаптические мембраны оставались целыми, тесты указывали на сохранение метаболической активности, а электрофизиологические записи показывали близкие к норме ответы нейронов на стимуляцию (хотя и с умеренными отличиями от контроля).
Самое важное — в гиппокампе сохранилось долговременное потенцирование (LTP), то есть усиление передачи сигнала между нейронами, которое считается одним из клеточных механизмов обучения и памяти.
Авторы подчеркивают, что это не «криосон» и не восстановление полноценной работы мозга: наблюдения ограничены часами, потому что такие срезы ткани и без заморозки постепенно деградируют. Тем не менее в самой статье заявлено о краткосрочном восстановлении гиппокампа не только у срезов, но и у мозга мыши in situ (в пределах органа).
Исследователи и независимые эксперты считают результат шагом вперед для криобиологии, но подчеркивают: до «банков» крупных органов и тем более до долгосрочного сохранения целых организмов — очень далеко.
Основные барьеры — токсичность защитных растворов, сложность равномерного охлаждения и прогрева больших объемов и сохранение тончайших связей в сложной ткани.
Статья с результатами исследования опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Исследователи, пытающиеся криогенно заморозить и разморозить мозговую ткань людей и других животных, в основном молодых позвоночных, сумели показать, что нейронная ткань может выдерживать замораживание на клеточном уровне и после размораживания в некоторой степени функционировать.
Но полностью восстановить процессы, необходимые для правильного функционирования мозга — нейронную активность, клеточный метаболизм и пластичность мозга, все еще не удалось.
Как известно, в настоящее время главной проблемой криоконсервации мозга считается лед, кристаллы которого при замерзании буквально рвут тонкую наноструктуру ткани, повреждают мембраны и контакты между нейронами, из-за чего мозг после оттаивания обычно не может восстановить нормальную работу.
Кроме того, мешают осмотический стресс и токсичность криопротекторов — веществ, которые защищают клетки от замерзания.
Группа ученых под руководством невролога Александера Германа (Университет Эрлангена—Нюрнберга) пошла по «безледному» пути — витрификации. При таком подходе ткань охлаждают настолько быстро и с таким составом криопротекторов, что вода переходит не в кристаллы, а в стеклообразное состояние, где молекулы «застывают» без образования льда.
Исследователи прямо ставили вопрос: может ли функция вернуться после полного “выключения” молекулярной подвижности в таком «стекле».
Сначала ученые работали с тонкими срезами мозга мыши толщиной 350 микрометров, содержащими гиппокамп — ключевую область памяти и навигации. Образцы обрабатывали криопротекторами, быстро охлаждали в жидком азоте до −196 °C, затем хранили при −150 °C от 10 минут до 7 дней, после чего отогревали.
Проверки показали, что после отогрева сохранялись важные признаки «живой» ткани: под микроскопом нейронные и синаптические мембраны оставались целыми, тесты указывали на сохранение метаболической активности, а электрофизиологические записи показывали близкие к норме ответы нейронов на стимуляцию (хотя и с умеренными отличиями от контроля).
Самое важное — в гиппокампе сохранилось долговременное потенцирование (LTP), то есть усиление передачи сигнала между нейронами, которое считается одним из клеточных механизмов обучения и памяти.
Авторы подчеркивают, что это не «криосон» и не восстановление полноценной работы мозга: наблюдения ограничены часами, потому что такие срезы ткани и без заморозки постепенно деградируют. Тем не менее в самой статье заявлено о краткосрочном восстановлении гиппокампа не только у срезов, но и у мозга мыши in situ (в пределах органа).
Исследователи и независимые эксперты считают результат шагом вперед для криобиологии, но подчеркивают: до «банков» крупных органов и тем более до долгосрочного сохранения целых организмов — очень далеко.
Основные барьеры — токсичность защитных растворов, сложность равномерного охлаждения и прогрева больших объемов и сохранение тончайших связей в сложной ткани.
Статья с результатами исследования опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
