Bilim İnsanları İnsan Dokularının İçinde Gizli Lif Ağlarını Ortaya Çıkardı
Basit bir ışık tabanlı yöntem, 100 yıldan eski doku örneklerinde bile beyin ve vücudun içindeki gizli lif ağlarını ortaya çıkarıyor.
İnsan vücudundaki her organ, dokuların nasıl çalıştığını sessizce yönlendiren mikroskobik lif ağları etrafında inşa edilmiştir. Kaslarda bu lifler fiziksel kuvveti iletir. Bağırsaklarda sindirim sistemindeki hareketi desteklerler. Beyinde, lif yolları farklı bölgelerin iletişim kurmasını sağlayan ve düşünme ve hafızayı destekleyen sinyalleri taşır. Birlikte, bu küçük yapılar organların düzgün çalışmasına ve şekillerini korumasına yardımcı olur.
Bu lif ağlarındaki hasar, neredeyse her hastalıkta rol oynar. Beyinde bu hasar, tüm nörolojik bozuklukların belirleyici bir özelliği olan nöronlar arasındaki bağlantıların bozulması olarak ortaya çıkar.
Bu lifler sağlık ve hastalık için merkezi öneme sahip olsa da, onları incelemek zor olmuştur. Küçük boyutları ve dokular içindeki karmaşık yönelimleri, mevcut görüntüleme araçları kullanılarak görselleştirilmelerini zorlaştırmıştır.
Görünmez Mikro Yapıyı Ortaya Çıkarmanın Basit Bir Yolu
Nörogörüntüleme eğitmeni Dr. Marios Georgiadis liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu gizli lif yapılarını olağanüstü bir hassasiyetle görünür hale getiren basit ve uygun fiyatlı bir teknik geliştirdi.
Nature Communications’da açıklanan yaklaşım, hesaplamalı saçılan ışık görüntüleme (ComSLI) olarak adlandırılıyor. Bu yöntem, bilim insanlarının, numunenin nasıl boyandığı, saklandığı veya korunduğuna bakılmaksızın – hatta onlarca yıllık olsa bile – hemen hemen her histoloji slaytında doku liflerinin yönelimini ve organizasyonunu mikrometre çözünürlüğünde haritalamalarına olanak tanıyor.
Radyoloji profesörü Dr. Michael Zeineh, çalışmanın kıdemli yazarlarından biridir ve Zeineh’in laboratuvarında eski bir misafir araştırmacı olan Dr. Miriam Menzel ile birlikte çalışmaktadır.
Georgiadis, “Doku yapıları hakkındaki bilgiler her zaman oradaydı, gözümüzün önünde gizliydi,” dedi. “ComSLI bize bu bilgileri görmenin ve haritalandırmanın bir yolunu sunuyor.”
Mevcut Görüntüleme Yöntemlerinin Yetersizliği
Doku liflerini görüntülemek için kullanılan yaygın teknikler önemli sınırlamalara sahiptir. MRI, büyük ölçekli beyin ağlarını görüntülemek için kullanışlıdır, ancak ince hücresel ayrıntıları yakalayamaz. Geleneksel histoloji yaklaşımları genellikle özel boyalara, pahalı ekipmanlara ve özenle muhafaza edilen örneklere bağlıdır. Ayrıca liflerin kesiştiği alanları net bir şekilde çözmekte de zorlanırlar.
ComSLI, ışığın temel fiziksel davranışına dayanarak bu sorunların üstesinden gelir. Işık mikroskobik yapılardan geçerken, bu yapıların yönelimine bağlı olarak saçılır. Aydınlatma yönünü döndürerek ve saçılma desenlerinin nasıl değiştiğini ölçerek, araştırmacılar bir görüntünün her küçük pikselindeki lif yönlerini belirleyebilirler.
Deneysel kurulum basittir ve yalnızca dönen bir LED ışık kaynağı ve bir mikroskop kamerası gerektirir. Bilgisayar algoritmaları daha sonra saçılan ışıkta meydana gelen ince değişiklikleri işleyerek, hem lif yönünü hem de yoğunluğunu gösteren, mikro yapı bilgisine dayalı lif yönelim dağılımları olarak bilinen renk kodlu haritalar oluşturur.
Hemen Her Doku Slaytında Çalışır
ComSLI’nin en güçlü özelliklerinden biri esnekliğidir. Teknik, hastanelerde ve patoloji laboratuvarlarında en sık kullanılan formalinle sabitlenmiş, parafinle gömülmüş kesitlerde çalışır. Ayrıca taze dondurulmuş dokularda, boyanmış ve boyanmamış örneklerde de iyi performans gösterir.
Araştırmacılar, on yıllarca saklanmış örnekler de dahil olmak üzere, ilgisiz çalışmalar için oluşturulmuş slaytlara bile geri dönebilir ve örnekleri değiştirmeden yeni yapısal bilgiler çıkarabilirler.
Zeineh, “Bu, herhangi bir laboratuvarın kullanabileceği bir araç,” dedi. “Özel bir hazırlık veya pahalı ekipmana ihtiyacınız yok. Beni en çok heyecanlandıran şey, bu yaklaşımın küçük araştırma laboratuvarlarından patoloji laboratuvarlarına kadar herkesin, zaten sahip oldukları slaytlardan yeni bilgiler ortaya çıkarmasının önünü açması.”
Beyin Mikro Yapısını ve Hastalık Etkilerini Ortaya Çıkarma
Beynin mikroskobik bağlantılarını haritalamak, uzun zamandır sinirbilimin önemli bir hedefi olmuştur. Georgiadis ve meslektaşları, ComSLI’yi kullanarak, formalinle sabitlenmiş, parafinle gömülmüş insan beyni kesitlerinin yanı sıra standart boyutlu slaytları da görselleştirebildiler ve farklı beyin bölgelerindeki ince yapısal ayrıntıları ortaya çıkardılar.
Araştırmacılar ayrıca, multipl skleroz, lökensefalopati ve Alzheimer hastalığı gibi nörolojik durumlarda lif desenlerinin nasıl değiştiğini de incelediler.
Özellikle, hafızaların oluşumu ve geri çağrılması için kritik öneme sahip ve nörodejeneratif hastalıklarda sıklıkla erken dönemde etkilenen derin beyin bölgesi olan hipokampusa dikkat ettiler. Alzheimer hastalığı olan bir kişiden alınan hipokampus dokusunu sağlıklı bir bireyden alınan dokuyla karşılaştırarak, ekip belirgin yapısal hasar gözlemledi. Normalde hipokampusun farklı bölümlerini birbirine bağlayan lif geçişleri büyük ölçüde azalmıştı ve hafıza ile ilgili sinyalleri hipokampusa taşıyan önemli bir yol olan perforan yol neredeyse görünmezdi. Buna karşılık, sağlıklı hipokampus, bölge boyunca yoğun ve birbirine bağlı bir lif ağı sergiledi. Bu ayrıntılı görüntüler, bilim insanlarının hafıza devrelerinin zaman içinde nasıl bozulduğunu görselleştirmelerine olanak tanıyor.
Yöntemi daha da test etmek için ekip, 1904 yılında hazırlanmış bir beyin kesitini analiz etti. Yaşına rağmen, örnek ComSLI ile incelendiğinde karmaşık lif yollarını ortaya çıkardı ve tekniğin tarihi örneklerden yeni bilgiler elde etme yeteneğini gösterdi.
Beyin Araştırmalarının Ötesine Genişleme
ComSLI başlangıçta beyni incelemek için tasarlanmış olsa da, araştırmacılar diğer dokularda da aynı derecede iyi çalıştığını keşfetti. Yöntemi kas, kemik ve kan damarlarından alınan örneklere uyguladılar ve her birinde belirli biyolojik işlevlerle bağlantılı farklı lif düzenlemeleri gösterdiler.
Dil kasında, teknik esneklik ve hareketle ilişkili katmanlı lif desenlerini ortaya çıkardı. Kemikte, mekanik stresle hizalanmış kolajen liflerini izledi. Arterlerde, hem güce hem de esnekliğe katkıda bulunan alternatif kolajen ve elastin lif katmanlarını ortaya çıkardı.
Farklı organlar, türler ve arşiv örnekleri arasında lif yönelimini haritalamayı mümkün kılarak, ComSLI bilim insanlarının doku yapısını ve işlevini inceleme biçimini değiştirebilir. Ayrıca, dünya çapında milyonlarca depolanmış slaytı daha önce erişilemeyen değerli veri kaynaklarına dönüştürüyor.
Georgiadis, “Yöntemi yeni tanıtmış olmamıza rağmen, örneklerin taranması ve ComSLI kurulumunun tekrarlanması için şimdiden çok sayıda talep var; birçok laboratuvar ve klinik, histoloji kesitlerinde mikron çözünürlükte lif yönelimi ve mikro bağlantı bilgisine sahip olmak istiyor” dedi. “Bir diğer heyecan verici plan ise, iyi tanımlanmış beyin arşivlerine veya ünlü kişilerin beyin kesitlerine geri dönmek ve bu mikro bağlantı bilgilerini kurtararak uzun zamandır kayıp olduğu düşünülen ‘sırları’ ortaya çıkarmaktır. ComSLI’nin güzelliği de burada yatıyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com