Onderzoekers van het Max Planck Florida Institute for Neuroscience en Kanazawa University (Japan) zijn erin geslaagd de structurele dynamiek van levende neuronen in beeld te brengen met een ongekende ruimtelijke resolutie.

Hoewel er de afgelopen decennia vooruitgang is geboekt in het streven naar optimalisatie van atomaire krachtmicroscopie (AFM) voor het in beeld brengen van levende cellen, er waren nog een aantal beperkingen en technologische problemen die moesten worden aangepakt voordat fundamentele vragen in de celbiologie in levende cellen konden worden aangepakt.

In hun publicatie van maart in Wetenschappelijke rapporten , onderzoekers van het Max Planck Florida Institute for Neuroscience en Kanazawa University beschrijven hoe ze het nieuwe AFM-systeem hebben gebouwd dat is geoptimaliseerd voor live-celbeeldvorming. Het systeem verschilt in veel opzichten van een conventionele AFM:het maakt gebruik van een extreem lange en scherpe naald die op een zeer flexibele plaat is bevestigd. Het systeem is ook geoptimaliseerd voor snel scannen om dynamische cellulaire gebeurtenissen vast te leggen. Deze aanpassingen hebben onderzoekers in staat gesteld om levende cellen in beeld te brengen, zoals zoogdiercellijnen of rijpe hippocampale neuronen, zonder enig teken van cellulaire schade.

"We hebben nu aangetoond dat onze nieuwe AFM morfologische veranderingen op nanometerschaal in levende cellen direct kan visualiseren", verklaarde Dr. Yasuda, neurowetenschapper en wetenschappelijk directeur van het Max Planck Florida Institute for Neuroscience.

Vooral, deze studie toont het vermogen aan om structurele dynamiek en hermodellering van het celoppervlak te volgen, zoals morfogenese van filopodia, membraan ruches, pitvorming of endocytose, als reactie op omgevingsstimulerende middelen. Een voorbeeld van deze mogelijkheid kan worden gevisualiseerd in film 1, waar een fibroblast wordt afgebeeld voor en na behandeling met insulinehormoon, die de rimpeling aan de voorrand van de cel intens versterkt. Een ander voorbeeld is te zien in film 2, waar de morfologische veranderingen van een vingerachtig neuronaal uitsteeksel in het volwassen hippocampale neuron worden waargenomen.

Volgens Dr. Yasuda, de succesvolle observaties van structurele dynamiek in levende neuronen bieden de mogelijkheid om de morfologie van synapsen in de nabije toekomst in realtime in realtime te visualiseren. Aangezien morfologische veranderingen van synapsen ten grondslag liggen aan synaptische plasticiteit en ons leren en geheugen, dit zal ons veel nieuwe inzichten opleveren in de mechanismen van hoe neuronen informatie opslaan in hun morfologie, hoe het de synaptische kracht verandert en uiteindelijk hoe het nieuw geheugen creëert.