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研究人員開發出繪制小鼠腦細胞變化和發育圖譜的方法

賓夕法尼亞州好時市-賓夕法尼亞州立大學的研究人員開發了一種新的方法來研究大腦發育的關鍵時刻。賓夕法尼亞州立大學醫學院神經與行為科學助理教授Yongsoo Kim正在使用這種方法來了解催產素受體在正常發育的小鼠和自閉癥譜系障礙模型中的表達如何變化。

該技術使科學家能夠創建正在發育的小鼠大腦的圖譜,以顯示不同區域中存在的某些特定細胞類型的數量,這是能夠研究大腦中神經發育障礙的關鍵的第一步。

金說:“關鍵的神經聯系是在早期發展過程中形成的。”“我們可以應用這種作圖方法研究發育中的小鼠大腦中不同腦細胞類型的變化,以了解細胞水平的神經發育障礙。”

金和他的同事們制作了地圖,以幫助他們了解催產素(一種由大腦產生的神經遞質)在早期發育過程中如何被大腦利用。先前的研究表明,催產素在調節社會行為中起著一定的作用,但是關于在整個發育過程中的不同時間,大腦中不同部位如何介導催產素作用于整個大腦神經網絡的受體的信息很少。

該研究小組假設,隨著各個大腦區域的成熟,不同的大腦區域將具有不同的催產素受體(OTR)表達水平。以前研究催產素受體表達的研究使用的方法只能分部分分析大腦的選定區域。

Kim的新技術能夠使用串行雙光子斷層掃描和基于機器學習的算法以細胞分辨率對整個小鼠大腦成像,以檢測表達催產素受體的熒光標記神經元。

該團隊從出生后不同的早期發育階段(即出生后7、14、21和28天)創建了模板大腦。通過生成腦部圖像的平均值并標記關鍵解剖結構來創建模板。它們充當了在發育的不同階段對催產素受體進行成像,檢測和定量的參考點。這項研究的結果最近發表在《自然通訊》上。

Kim及其同事發現,OTR表達在出生后21天在小鼠大腦中達到峰值,這相當于人類的幼兒期。下丘腦中的OTR表達持續增加直至成年,這表明催產素信號可能在產生性別特異性行為中起作用。他們還研究了無法產生催產素受體的小鼠,并注意到突觸密度顯著降低-表明催產素在連接大腦方面起著關鍵作用。

金說,本研究中用于研究OTR的相同方法可以應用于其他腦細胞類型,以了解其跨時間的空間排列。研究團隊建立了一個基于Web的平臺來托管和顯示新圖像,以供其他研究人員訪問。

“這些圖像將作為比較各種腦部疾病小鼠模型中OTR表達的基本基線,” Kim說。“我們能夠在自閉癥小鼠模型中研究OTR表達,并將通過進一步研究不同腦細胞類型的功能和解剖變化以及遺傳和環境因素如何影響兒童早期大腦發育來建立這些發現。”

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