Ученые из Медицинского института Говарда Хьюза разработали новые исследовательские инструменты и смогли наблюдать за тем, как клетки эмбриона превращаются в нейроны. Работа медиков опубликована в журнале Cell.

Клетки, которые в конечном итоге становятся нейронами, должны сначала пройти через эмбрион, чтобы достичь своего конечного пункта назначения в нервной системе. Там они превращаются из стволовых клеток в нейроны с определенными ролями, а затем создают цепи, которые контролируют поведение всего организма. Но для ученых до сих пор оставалось загадкой то, как происходит это превращение.

Медикам из Медицинского института Говарда Хьюза потребовалось семь лет, чтобы создать инструменты, которые в конечном итоге позволили наблюдать путь и развитие стволовых клеток в нейроны. Отправной точкой исследования стал микроскоп светового листа — прибор, разработанный командой ученых после нескольких лет работы.

Ранее исследователи протестировали устройство, чтобы наблюдать деление и перемещение клеток при развитии эмбрионов мыши. На этот раз научная группа сосредоточилась на нервной системе, отслеживая не только расположение клеток, но и то, что каждая из них делала.

В качестве модели для исследований ученые использовали эмбрионы рыбки данио-рерио. Авторы работы вводили животному специальный белок, который заставлял светиться каждую клетку его тела. В нервных клетках эмбриона они также отслеживали молекулу, которая сообщает об их активности, плюс несколько ключевых белков, которые присутствуют только тогда, когда клетка взяла на себя определенную функцию — то есть дифференцировалась. Вся эта информация позволила команде различать различные виды нейронов и наблюдать, как эти клетки из обычных стволовых обретают свою специализацию.

Затем исследователи поместили эмбрионы данио-рерио в измерительный прибор на 14 часов, фиксируя движения всех клеток и отслеживая их активность со скоростью четырех трехмерных изображений в секунду — в общей сложности несколько миллионов снимков с высоким разрешением.

Алгоритмы, разработанные авторами работы, помогли им восстановить пути отдельных нейронов. Изображения показали, что клетки двигаются и находят свои места, а затем принимают определенные роли и соединяются в цепи. Ученые показали с разрешением до уровня одной клетки, как формируются нейронные цепочки и как они дают начало первым реакциям эмбриона на внешние раздражители.