Laser-Mikroskopie-Technik richtet sich lange Debatte über Gehirn Chemie, könnten Beihilfen Studien von Alzheimer-und Schlaganfall Schäden, Cornell Biophysikern Bericht.
Ein Laser-Mikroskopie-Technik Mai haben sich eine lange Debatte zwischen den Neurowissenschaftler dazu, wie Gehirnzellen Prozeß-Energie - während erklären, was wirklich passiert in PET (Positronen-Emissions-Tomographie) Imaging und bietet einen besseren Weg zu beobachten, dass der Schaden Striche und neurodegenerative Krankheiten wie Alzheimer, auslassen auf Gehirnzellen.
Multi-Photonen-Mikroskopie Scans von der Cornell University Biophysiker der lebenden Hirngewebe, wie berichtet in der aktuellen Ausgabe von Science (2. Juli, 2004), zeigen genau, wie und wann Neuronen (Zellen, die das Denken) und Astrozyten (die Starburst-förmige Gliazellen, dass Service-Neuronen) interagieren zu brennen Sauerstoff und Glukose, nach Astrozyten machen Laktat aus Glucose in die Blutbahn, um die außerordentliche Energiebedarf des Gehirns.
Auf der Grundlage von bildgebenden von zwei verschiedenen Energie-Staaten von NADH (Nicotinamidadenindinukleotid, ein Coenzym, die in Gehirn-Zell-Stoffwechsel), der Cornell Biophysiker sagen, sie haben beide bestätigt, neu definiert und die umstrittene "astrocyte-Neuron Laktat Shuttle" Hypothese für Gehirn-Energie-Stoffwechsel.
"In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler leidenschaftlich diskutiert, ob die Aktivierung Glucose Gehirn brennt vollständig in Wasser oder unvollständig zu Laktat", sagte Karl A. Kasischke, MD-, Blei-Autor des Science Papier dem Titel "Neural Activity Trigger Neuronale oxidative Metabolismus Gefolgt von Astrocytic Glykolyse ". "Unsere Ergebnisse vereinheitlichen bestehende widersprüchliche Meinungen und sollte eine Win-Win-Situation für beide Fraktionen", sagte Kasischke, der ist ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Entwicklungsbiologie Resource für biophysikalische Imaging-und Opto-Elektronik (DRBIO) Labor der Leitung von W. Watt Webb. Webb, Cornell's S.B. Eckert Professor im Engineering und ein Co-Erfinder von Multiphoton Mikroskopie, die ist auch ein Autor auf die Wissenschaft Papier, erklärt: "Multiphoton Mikroskopie Bildgebung der intrinsischen Fluoreszenz-in-NADH zeigt, dass die frühen oxidative Stoffwechsel in Neuronen ist schließlich nachhaltig - nach etwa 10 Sekunden -- - Bis Ende Aktivierung des astrocyte Neuron Laktat-Shuttle. Neuronen, auch in Ruhe, sind immer brennende Glukose und sie auch weiterhin tun, wenn ein Signal beginnt, durch die Neuronen. Dann werden die Astrozyten "Kick in", um Laktat Kraftstoff, dass sie haben aus Glukose umgewandelt. "
Wenn dies scheint wie ein feiner Punkt, es ist ein entgangen, dass entwickelten Wissenschaftler, PET und fMRI (funktionelle Magnet-Resonanz-Bildgebung) Scan-Technologien, sowie das medizinische Personal, die die Diagnose-Tools Alltag ohne genau zu wissen, was die Bilder darstellen. PET und fMRI sind nicht die Aufnahme neuronaler Aktivität direkt, sondern Surrogate für Aktivität - Veränderungen in der Blut-Flow (im Falle von PET) und Blut mit Sauerstoff (fMRI) - Kasischke erklärt.
Er vergleicht PET und fMRI-Scans, um Bilder von Kameras mit langen Verschlusszeiten und Weitwinkel-Objektive, die einen breiten Blick auf eine relativ lange Zeitspanne. Ein ganz anderes Bild ergibt sich aus Multiphoton Mikroskopie, die können Millisekunde Veränderungen in der mikroskopischen Detail. Die ultra-schnelle mikroskopische Technik können Bild einzelne Nervenzellen und sogar ihre besten Erweiterungen, wo wichtige Schritte in Gehirn-Zell-Stoffwechsel stattfinden.
Multiphoton Mikroskopie ist eine patentierte Technologie, erzeugt hochauflösende, dreidimensionale Bilder von Geweben - in der zentralen Nervensystems, zum Beispiel - mit minimalen Schäden an lebenden Zellen. Das Verfahren beginnt, wenn extrem kurzen, intensiven Blitzen von Laserlicht richten sich an Zellen unter der Oberfläche.
Die Rapid-Feuer der Multiphoton Natur-Mikroskopie erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass zwei oder drei Photonen in Wechselwirkung mit individuellen biologischen Molekülen zur gleichen Zeit, ihre Energien kombiniert. Der kumulative Effekt ist das Äquivalent der Lieferung ein Photon mit doppelt so hoch wie die Energie (die Hälfte der Wellenlänge, bei der Zwei-Photonen-Anregung) oder drei mal die Energie (ein Drittel der Wellenlänge in drei-Photonen-Anregung) zu beleuchten ins kleinste Detail .
Wie ein Laser-Scanning-Mikroskop bewegt sich der Strahl von gepulsten Photonen in einer Probe auf eine genaue Tiefe (Ebene der Schwerpunkt); Zellen ober-oder unterhalb der Ebene sind nicht betroffen. Bei wiederholten Scans auf verschiedenen Ebenen Schwerpunkte sind "gestapelt" durch Computer-Verarbeitung, ein brillantes, dreidimensionales Bild entsteht. Und wenn eine Reihe von Scans sind "einfügen" zusammen, ein Film von Sekundenbruchteilen Veränderungen auf zellulärer Ebene oder subzellulären Ergebnisse.
Kasischke wurde mit Multiphoton Mikroskopie zu beobachten Gehirn Zelltod, wie es geschieht, in Schlägen, ein Prozess, er hat dazu beigetragen, leuchten in den letzten 10 Jahren. Webb erwartet, dass die Technologie, um mehr über die Störung Gehirn Zellen bei neurodegenerativen Krankheiten, wie Alzheimer und Parkinson, jetzt, da die chemische Natur der Gehirn-Metabolismus wird besser verstanden. Weitere Mitarbeiter in der Studie sind Harshad D. Vishwasrao und Warren R. Zipfel, Senior Research Associates in Cornell's School of Engineering und Angewandte Physik, und Patricia J. Fisher, Senior Research Associate in der biomedizinischen Wissenschaften an der Cornell's College of Veterinary Medicine. Die Experimente und Analysen finanziert wurden, teilweise durch Zuschüsse von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (der Deutschen Forschungsgemeinschaft) und der US-amerikanischen National Institutes of Health.
Kontakt: Roger Segelken
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