Przezroczyste ciało? – o wynikach pewnych badań opowiadają ich autorzy

Zespół badawczy z Riken University (Riken Center for Developmental Biology, Laboratory for Sensory Circuit Formation ) w Tokyo, kierowany przez doktora Takashi Imai opracował wodny roztwór, którego głównym komponentem jest fruktoza. Preparat ten nazwano SeeDB. Tkanka traktowana wspomnianym środkiem staje się przezroczysta po trzech dobach. Proces nie niszczy struktury badanych próbek (komórek), ani ich chemicznej natury.

Twórcy roztworu SeeDB wykorzystują opracowany odczynnik do badań histologicznych, chociaż nie zaprzeczają, że jego potencjał jest ogromny. Środek, o którym mowa został sporządzony na potrzeby badań systemu nerwowego, które prowadzone są w Laboratory for Sensory Circuit Formation.

Preparat SeeDB jest tani w produkcji oraz nietoksyczny. Dodatkową jego zaletą jest to, że wspomniany odczynnik w połączeniu z odpowiednimi barwnikami, stosowanymi w mikroskopii fluorescencyjnej pozwala uzyskać obrazy badanych tkanek o niepowtarzalnej rozdzielczości - bez konieczności cięcia preparatu na cienkie plasterki.
Jest to już druga taka substancja opracowana przez zespół z Reiken University. Poprzednia nazwana Sca/e również pozwalała na przeprowadzenie próbek w stan przezroczystości oraz wykonywanie” trójwymiarowych zdjęć” neuronów, naczyń krwionośnych w głębi mysiego mózgu, a także embrionów gryzoni. W przeciwieństwie do SeeDB poprzedni odczynnik był bardzo toksyczny w związku z czym niemożliwym było przeprowadzenie badań na żywych tkankach.

Na prośbę portalu doktor Imai tłumaczy naszym czytelnikom mechanizm działania roztworu SeeDB:
Cała metoda opiera się na prostych podstawach refraktometrii. To jak postrzegamy obiekt (jako przezroczysty  lub nie) jest konsekwencją jego zdolności do rozpraszania światła. Gdy współczynnik załamania światła dla badanego materiału (w tym przypadku w jego skład wchodzą przede wszystkim lipidy i białka) różni się od współczynnika załamania światła środowiska/podłoża (w tym przypadku wody) próbka badana pozostaje widzialna.
Odmienną sytuację obserwujemy gdy współczynniki te są jednakowe, zarówno dla badanej próbki jak i dla podłoża. W takim przypadku nie dochodzi do załamania promieni świetlnych przebiegających przez oba ośrodki. W konsekwencji nasze próbki wydają się przejrzyste.
Pierwszym etapem naszych badań było określenie współczynnika refraktometrycznego dla badanych (mysich) tkanek biologicznych utrwalonych w formalinie. Wynosił on w przybliżeniu 1,5. Następnie dobraliśmy wodny roztwór o wysokim stężeniu fruktozy, dla którego wspomniany współczynnik wynosi również ~1,5. Pozostawienie tkanek w substancji SeeDB skutkuje ich „nasiąknięciem” roztworem z podłoża. Wiązki światła padające na próbkę nie załamują się, w efekcie czego tkanki wydają się niemal niewidzialne – mówi dr Imai.

Kierownik badań Doktor Takeshi Imai

Wiele osób mogłoby zadać pytanie: Czy możliwym jest doprowadzenie żywych tkanek do stanu, w którym uzyskują przezroczystość, pozostając w pełni funkcjonalnymi? Doktor Imami wypowiedział się również w tej kwestii.
Co prawda jak dotąd nie przeprowadzaliśmy badań na żywych tkankach, jednakże zważywszy, że roztwór SeeDB jest nietoksyczny, naszym zdaniem  jest to możliwe. W niedalekiej przyszłości mamy nadzieję przeprowadzić badania w tym kierunku.

 Tkanka przed i po traktowaniu preparatem SeeDB

Potencjał metody

Odczynnik SeeDB podobnie jak poprzednia jego wersja – Sca/e doskonale spełnia swoją funkcję w laboratorium. Nie zmniejsza on siły sygnału emitowanego przez fluorescencyjne białko znacznikowe. Oznacza to rewolucję w obrazowaniu optycznym. Naukowcy mogą wizualizować wycinki mózgu oznaczone fluorescencyjnymi markerami na głębokość około 6 mm. Możliwe jest także odtwarzanie sieci neuronalnych z rozdzielczością subkomórkową.

Doktor Imai dzieli się z nami swoimi spostrzeżeniami:

- Dzięki temu, że stan przezroczystości jest odwracalny, po umieszczeniu preparatu w soli fizjologicznej możemy pogłębić nasze studia histologiczne. Przykładowo po przeprowadzeniu próbki do stanu przejrzystości i wykonaniu badań z użyciem mikroskopii fluorescencyjnej możemy na powrót nadać tkance pierwotne zabarwianie i prowadzić dalsze badania np. przy użyciu mikroskopii elektronowej. Wyniki połączenia obu tych metod mikroskopii mogą dostarczyć licznych cennych informacji.

Przy pomocy SeeDB jak dotąd naukowcy zbadali już korę mózgową, hipokampa (jego naczynia krwionośne), a także ciało modzelowate łączące półkule. Potencjał tej metody jest ogromny – nie ogranicza się jedynie do wspomnianych, mysich tkanek.

Na razie nie potrafimy wprowadzić tkanek znacznych rozmiarów oraz żywych organizmów w stan pełnej przejrzystości tak aby stały się całkiem niewidzialne, ale doświadczenie uczy nas, że nigdy nie należy mówić nigdy.

Dziękujemy doktorowi Takashi Imai za wyczerpujący komentarz.
Rozmawiała red. Donata Zaczyńska


Zdjęcia zostały użyczone przez dr Takashi Imai
Dodatkowe źródła literaturowe:

1.       http://www.riken.jp/en/pr/press/2011/20110830_3/

2.       http://www.riken.jp/en/pr/press/2013/20130624_1/

3.     Ke, Fujimoto, & Imai. (2013) SeeDB: a simple and morphology-preserving optical clearing agent for neuronal circuit reconstruction. Nat Neurosci doi:10.1038/nn.3447