约翰霍普金斯医学院的研究人员表示，他们已使用"电击-冷冻"技术来观察来自小鼠和人类的活体脑组织中难以看到的脑细胞通信。
研究人员表示，这项由美国国立卫生研究院支持的新实验结果于11月24日发表在《神经元》杂志上，可能有助于科学家找到非遗传性帕金森病的根本原因。
根据帕金森基金会的数据，偶发性帕金森病占这种神经退行性疾病的大多数病例。约翰霍普金斯医学院细胞生物学副教授、该研究的负责人Shigeki Watanabe博士表示，这种疾病的特点是两个脑细胞之间的信号点出现中断。这个连接点被称为突触，以难以研究而闻名。
"我们希望这种在活体脑组织样本中可视化突触膜动态的新技术，能帮助我们了解该疾病的非遗传性和遗传性形式之间的相似性和差异。"
Shigeki Watanabe博士，约翰霍普金斯医学院细胞生物学副教授
他表示，这种方法最终可能有助于开发治疗这种神经退行性疾病的疗法。
了解帕金森病的根本原因
Watanabe表示，在健康的大脑中，突触小泡（即脑细胞内携带信息的"气泡"）有助于在细胞间传递信息，这一过程对信息处理、学习和记忆形成至关重要。了解这一过程对于确定神经退行性疾病中细胞通信在何处中断至关重要。
此前，Watanabe帮助开发了"电击-冷冻"技术，以便更近距离地观察突触膜运动（这些结果于2020年发表在《自然神经科学》杂志上）。本质上，该技术涉及使用电脉冲刺激活体脑组织，然后迅速冷冻组织以捕捉细胞运动，供电子显微镜观察。
在今年早些时候发表在《自然神经科学》杂志上的一项研究中，Watanabe在基因工程小鼠的脑中使用了这种方法，以了解一种关键蛋白intersectin如何将突触小泡保持在脑细胞内的特定位置，直到它们准备好释放以激活相邻的脑细胞。
在这项新研究中，研究人员使用了来自正常小鼠的脑样本，以及从约翰霍普金斯医院接受癫痫手术治疗的六名个体获得的许可活体皮层脑组织样本。这些手术在医学上是必要的，目的是切除大脑海马体中的病变。
与德国莱比锡大学的科学家Jens Eilers和Kristina Lippmann合作，研究人员首先通过观察钙信号传导（这一过程触发神经元在活体小鼠脑组织中释放神经递质）来验证"电击-冷冻"方法。
接下来，科学家们使用"电击-冷冻"方法刺激小鼠脑组织中的神经元，并观察突触小泡如何与脑细胞膜融合，然后释放称为神经递质的化学物质，这些物质到达其他脑细胞。科学家们随后观察了小鼠脑细胞如何在神经元通信后回收突触小泡，这个过程被称为内吞作用，它允许神经元摄取物质。
研究人员随后将"电击-冷冻"技术应用于来自癫痫患者的脑组织样本，并观察到人类神经元中运行着相同的突触小泡回收途径。
在小鼠和人类脑样本中，在突触膜上被认为发生内吞作用的位置都存在Dynamin1xA蛋白，该蛋白对超快速突触膜回收至关重要。
Watanabe表示："我们的研究结果表明，超快速内吞作用的分子机制在小鼠和人类脑组织之间是保守的，"这表明在这些模型中的研究对于理解人类生物学很有价值。
Watanabe表示，在未来的实验中，他希望利用"电击-冷冻"技术研究从接受深部脑组织刺激的帕金森病患者获得的许可脑组织样本中的突触小泡动态。
这项研究得到了美国国立卫生研究院（U19 AG072643, 1DP2 NS111133-01, 1R01 NS105810-01A1, R35 NS132153, S10RR026445）、霍华德·休斯医学研究所、Kazato基金会、美国黎巴嫩叙利亚联合慈善机构、海洋生物实验室、莱比锡大学、Roland Ernst基金会、约翰霍普金斯医学院、Chan Zuckerberg倡议、脑研究基金会、Helis基金会、Robert J Kleberg Jr和Helen C Kleberg基金会、McKnight基金会、Esther A. & Joseph Klingenstein基金以及Vallee基金会的资金支持。
除Watanabe外，参与这项工作的其他科学家还包括来自约翰霍普金斯大学的Chelsy Eddings、Minghua Fan、Yuuta Imoto、Kie Itoh、Xiomara McDonald、William Anderson、Paul Worley和David Nauen，以及来自德国莱比锡大学的Jens Eilers和Kristina Lippmann。
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