Przejrzeć ciało na wylot: odkryto sposób na przezroczyste myszy

Wiadomo już, jak sprawić, by spreparowane ciało myszy stało się przejrzyste. W dodatku - dzięki technikom genetycznym - można zmusić wybrane komórki do świecenia. A wtedy już nic przed okiem naukowców się nie ukryje. W opracowaniu tej nowatorskiej techniki udział ma Polak.

Krew, woda, tłuszcze i barwniki zawarte w skórze sprawiają, że ciało nie jest prześwitujące. Okazuje się, że jeśli te elementy zostaną usunięte - tkanki mogą stać się przejrzyste niczym kryształ.

Naukowcy z Monachium pod kierunkiem Aliego Ertürka wspólnie ze studentem z Polski, Pawłem Matrybą opracowali metodę uDISCO (ang. ultimate 3-dimensional imaging of solvent-cleared organs http://nature.com/articles/doi:10.1038/nmeth.3964). Dzięki niej można tak spreparować ciało myszy czy szczura, że rzeczywiście przepuszcza ono światło. Do tego stopnia, że kiedy pod ciałem takiego gryzonia umieści się kartkę w kratkę, to przez jego narządy... prześwituje kratka. Przezroczyste stają się więc np. i kości, i mięśnie, i jelita, i układ nerwowy.

Paweł Matryba studiuje medycynę na Warszawskim Uniwersytecie Medycznym i biotechnologię na Uniwersytecie Warszawskim. W badaniach w Monachium uczestniczył dzięki stypendium Amgen Scholars. Młody badacz zdradza w rozmowie z PAP, że teraz w Instytucie Nenckiego, w grupie prof. Leszka Kaczmarka, prowadzi już prace nad jeszcze skuteczniejszymi metodami czynienia ciała przejrzystym.

Badania przezroczystych myszy mogłyby pozostać zwykłą ciekawostką - trzeba przyznać, że widok przezroczystego ciała gryzonia robi duże wrażenie. Jednak naukowcy mają genialny pomysł, jak tę przejrzystość wykorzystać w praktyce.

Kluczem stają się tu modyfikacje genetyczne. Za ich sprawą w wyznaczonych komórkach gryzonia - np. w komórkach układu nerwowego - produkowane są białka fluorescencyjne. Jeśli potem w laboratorium oświetli się taką tkankę odpowiednim światłem, konkretne komórki zaczynają świecić, co umożliwia ich zlokalizowanie.

Do tej pory takie badania z wykorzystaniem fluorescencji miały dość ograniczone zastosowanie - nieprzezroczyste z natury komórki zasłaniały światło. Tkanki trzeba więc było - w badaniach histologicznych - żmudnie ciąć na cieniutkie plasterki i na nich wykonywać świecące eksperymenty, warstwa po warstwie. Potem trzeba jeszcze było komputerowo odtworzyć trójwymiarowe struktury.

Tymczasem w przezroczystym ciele żadna świecąca komórka się nie ukryje. Tkanek nie trzeba więc ciąć, a potem sklejać, bo jeśli będą świecić, to wszystkie w całości staną się widoczne jak na dłoni. Podczas obrazowania przejrzystych organizmów przygotowanych metodą uDISCO, wszelkie połączenia pomiędzy komórkami oraz architektura narządów są świetnie widoczne. W dodatku metoda ta nie niszczy ani struktury komórek, ani obecnych w organizmie białek. To rewelacyjna wiadomość dla wielu uczonych np. zajmujących się badaniami układu nerwowego.

"W Niemczech udało się nam m.in. zobrazować cały ośrodkowy układ nerwowy myszy z rozdzielczością uwidaczniającą pojedyncze komórki na długości 7 cm - od czubka głowy aż po sam paluch" - opowiada Matryba. I wymienia, że technika otwiera drzwi do zupełnie nowych odkryć - badanie chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy stwardnienie zanikowe boczne, oraz obrazowanie wpływu leków przeciwnowotworowych na poszczególne narządy - to tylko kilka z niezwykle szerokiej listy możliwości uDISCO.

Rozmówca PAP opowiada, że w niemieckiej metodzie uDISCO ciała myszy są najpierw utrwalane - aby m.in. komórki nie ulegały procesom rozkładu. Następnie do układu krwionośnego podaje się mieszankę substancji chemicznych usuwających krew, wodę oraz tłuszcze. Jeśli jednak już usunie się z organizmu te elementy, organizm siłą rzeczy musi się skurczyć. W przypadku metody uDISCO zmniejsza swoją objętość aż o 65 proc. Na szczęście jednak wszystkie tkanki kurczą się równomiernie, nie zmieniając proporcji. "Takie kurczenie się tkanek może być dla naukowców sporym ułatwieniem - mniejszy organizm łatwiej zeskanować pod mikroskopem" - wyjaśnia Paweł Matryba.

Biolog zaznacza, że cały proces preparowania ciała w metodzie uDISCO trwa zaledwie cztery dni. Tymczasem badania histologiczne, w ramach których przygotowywane były kolejne przekroje tkanek, mogły trwać miesiącami. Naukowcy korzystający z uDISCO będą więc mogli znacznie szybciej badać niektóre procesy.

Student opowiada, że już przed metodą uDISCO były znane sposoby na to, by tkanki stawały się przezroczyste. Wcześniej stosowano m.in. metodę 3DISCO. Miała ona jednak mankamenty - nie dało się obrazować całego organizmu jednocześnie - świecące białka zbyt szybko się niszczyły. "Naukowcy mieli więc na badania świecących tkanek zaledwie kilka dni. Teraz w metodzie uDISCO zyskują kilka miesięcy. I mogą zbadać cały organizm" - tłumaczy.

Student przyznaje, że i wypracowana w Niemczech metoda uDISCO ma pewne ograniczenia - nie ze wszystkich organów udaje się dokładnie wypłukać krew, dlatego nie każda tkanka gryzonia staje się równie przejrzysta. Kłopoty są np. z uzyskaniem krystalicznie czystego serca czy wątroby. Również skóry nie można jeszcze uczynić przezroczystą, dlatego trzeba ją przy preparacji zdejmować. Poza tym przygotowanie preparatu należy wykonywać pod wyciągiem - substancje tam używane są toksyczne.

Dlatego Paweł Matryba pracuje już nad skuteczniejszą metodą czynienia myszy przezroczystymi. Na razie wyniki prac jego zespołu są w trakcie publikacji, więc badacz nie chce jeszcze mówić o szczegółach. Zdradza już jednak, że ciała myszy przygotowywane jego metodą są jeszcze bardziej przejrzyste, a związki chemiczne stosowane w nowej metodzie - są mniej szkodliwe - prac nie trzeba więc prowadzić ani pod wyciągiem, ani przy wykorzystaniu specjalnego sprzętu.

Ludwika Tomala (PAP)