Luke Lavis ha pasado años desarrollando tintes fluorescentes en todos los colores del arco iris. Los tintes súper brillantes y duraderos se han utilizado en laboratorios de todo el mundo y han ayudado a hacer posibles los avances en microscopía ganadores del Premio Nobel.
No todos los tintes del equipo han sido ganadores absolutos. Algunos se hacen solo para mostrar nuevos métodos o probar hipótesis específicas, y a veces no brillan en colores óptimos para la bioimagen, dice Lavis, un líder de grupo senior en el HowardEl Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Hughes. Pero para el Líder del Grupo Eric Schreiter, uno de estos tintes "extra", uno hecho por el equipo de Lavis para completar el espectro, era exactamente correcto. El tinte inadaptado es ahora la piedra angular de un nuevo y poderosoherramienta de imagen cerebral desarrollada en el laboratorio de Schreiter.
La herramienta, llamada Voltron, permite a los investigadores rastrear la actividad de las neuronas en animales vivos con mayor precisión y por períodos de tiempo mucho más largos de lo que era posible, los científicos de Janelia informan en línea el 1 de agosto en la revista ciencia . El equipo de Schreiter combinó el tinte de Lavis con una proteína especialmente diseñada que hace que la intensidad cambie cuando se activan neuronas específicas, lo que permite a los investigadores detectar señales neuronales en todo el cerebro.
Ese tipo de datos facilita el estudio de las complejas formas en que las neuronas coordinan el comportamiento, dice Schreiter.
En las pruebas de laboratorio con Voltron, el investigador del HHMI Adam Cohen pudo observar cómo las neuronas se iluminaban en la médula espinal del pez cebra en desarrollo. "¡Fue muy emocionante ver la actividad neuronal en tiempo real!", Dice Cohen, quien trabaja en la Universidad de Harvardy no participó en el estudio.
El equipo de Janelia ya envió componentes de Voltron a más de 100 laboratorios que solicitaron la herramienta después de que se publicara una preimpresión en bioRxiv. "Nuestra filosofía es hacer que las herramientas que desarrollamos estén lo más ampliamente disponibles, lo antes posible,"Dice Schreiter.
voltaje de visualización
Los científicos que escuchan las conversaciones neuronales tienen una variedad de formas imperfectas para obtener la información que necesitan. Cada mensaje neuronal viene con un cambio rápido de voltaje: el equilibrio de las cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la célula cambia brevemente antes de volver a la normalidad.
Pegar electrodos - pedazos de alambre o vidrio - en las neuronas es una forma clásica de medir esos cambios de voltaje. Pero conectar los electrodos puede ser engorroso, dice Schreiter, y es difícil monitorear muchas neuronas individuales a la vez.
Otras técnicas utilizan moléculas fluorescentes para ver los niveles de iones de las neuronas, o se basan en proteínas fluorescentes, que pierden rápidamente su brillo. En cambio, Voltron utiliza un tinte sintético ultrabrillante que emite diez veces más luz que las proteínas fluorescentes. Para los científicos en el campo, el avance crea una idea que ha sido atractiva desde hace mucho tiempo: observar directamente los cambios de voltaje en las neuronas de los animales vivos, finalmente se siente práctica y al alcance
El líder del grupo Janelia, Glenn Turner, por ejemplo, ha insertado cautelosamente electrodos en células cerebrales individuales de la mosca de la fruta durante años. Él ha sido un devoto de la técnica, dice, pero Voltron le permite monitorear múltiples células a la vez durante 10 a 15 minutos aun tiempo sin electrodos torpes, e incluso distinguir las señales de las neuronas vecinas.
"Con Voltron, estoy un paso más cerca de tirar mi electrodo", dice Turner.
Herramientas del oficio
Voltron, que Schreiter y Lavis nombraron como un guiño al súper robot de dibujos animados de los años 80, es un sistema modular hecho de una molécula de tinte y una proteína multiparte especialmente diseñada.
Los tintes sensibles al voltaje se han utilizado durante décadas, pero en el cerebro, estas moléculas se diseminaron por todas partes, creando una confusa cacofonía de fluorescencia. No se puede diferenciar una neurona de otra, dice Schreiter.
En cambio, Voltron se basa en una proteína sensible al voltaje de varias partes, que permite a los científicos dirigir el brillo solo a neuronas específicas. Schreiter comenzó con una proteína sensible al voltaje que se encuentra en las membranas de las neuronas y luego agregó una etiqueta adhesiva que se formaun vínculo estrecho con la molécula de tinte
Como el robot gigante en su caricatura homónima, que se forma cuando cinco leones robot trabajan juntos, Voltron gana poder de sus partes individuales uniéndose en algo más grande, dice Lavis. Los científicos pueden "formar Voltron" aplicando el tinte especial a los animales manipuladostener la proteína que atrapa el tinte en ciertas neuronas de interés.
El equipo ha diseñado cerebros de ratones, moscas y peces cebra para contener esta proteína especial. Los cambios de voltaje de una neurona de señalización alteran el comportamiento de la proteína, haciendo que las moléculas de colorante se iluminen y atenúen con una precisión de milisegundos. Cuando los científicos ponen esos animales bajo un microscopio ybrille sobre ellos, el tinte emite una luz colorida que se puede capturar en videos.
Schreiter dice que averiguar cómo hacer que las diferentes partes de Voltron trabajen juntas requirió de un poco de refinamiento. Ahmed Abdelfattah, neurocientífico de Janelia, probó numerosas variaciones de combinaciones de proteínas / colorantes de ingeniería. La mayoría trabajó en células cultivadas en placas de Petri, dice,pero uno en particular se destacó en animales vivos. Esa es la versión que el equipo ha estado afinando y probando aún más.
Los científicos actualmente pueden usar Voltron con microscopía de lámina de luz y otros tipos de microscopios de luz. Schreiter y Abdelfattah desearían desarrollar una variación de Voltron que también funcione con imágenes de dos fotones, una técnica de microscopía de alta resolución.
La cultura de investigación colaborativa de Janelia hizo que desarrollar una herramienta como Voltron sea más fácil de lo que podría ser en una universidad tradicional, dice Abdelfattah. "Hay químicos que proporcionan los tintes que son esenciales para que Voltron funcione. Y hay biólogos que están ansiosos por probar".tus creaciones en el mismo edificio. El ciclo de retroalimentación es mucho más rápido ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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