Naukowcy z Uniwersytetu w Linköping opracowali przełomową technologię, która umożliwia niezwykle precyzyjne badania nad funkcjonowaniem mózgu. Nowo zaprojektowana pipeta, wykorzystująca technologię iontroniczną, pozwala dostarczać jony bezpośrednio do wybranych komórek nerwowych, bez ingerencji w delikatne środowisko zewnątrzkomórkowe. Odkrycie to może mieć ogromne znaczenie dla rozwoju terapii chorób neurologicznych, takich jak padaczka.
Mózg jako złożony układ komórkowy
Ludzki mózg składa się z około 85–100 miliardów neuronów oraz niemal równie licznej populacji komórek glejowych. Te pełnią kluczowe funkcje wspomagające — dostarczają składników odżywczych, wspierają procesy naprawcze oraz regulują środowisko chemiczne. Komunikacja między komórkami zachodzi m.in. poprzez transport jonów, takich jak potas (K⁺) czy sód (Na⁺), pomiędzy wnętrzem komórek a przestrzenią zewnątrzkomórkową.
Zrozumienie, jak lokalne zmiany w stężeniu jonów wpływają na pojedyncze neurony i komórki glejowe, stanowi ogromne wyzwanie. Dotychczasowe metody – polegające na wstrzykiwaniu cieczy do tkanek mózgowych – zakłócały naturalną równowagę chemiczną. Wywoływały niepożądane efekty, takie jak zmiany ciśnienia czy turbulencje w płynie zewnątrzkomórkowym.
Nowa pipeta precyzyjnie dostarcza jony
Zespół badaczy z Laboratorium Elektroniki Organicznej (LOE) w Linköping rozwiązał ten problem, tworząc nową generację mikropipety. Ich pipeta ma zaledwie 2 mikrometry średnicy. Dla porównania: ludzki włos mierzy około 50 mikrometrów, a przeciętny neuron około 10 mikrometrów. Tak niewielki rozmiar pozwala precyzyjnie oddziaływać na pojedyncze komórki.
Innowacyjna końcówka pipety wyposażona jest w specjalnie zaprojektowaną membranę wymiany jonowej, która umożliwia selektywny transport jonów bez konieczności dostarczania płynów. Dzięki temu możliwe jest miejscowe modyfikowanie stężenia jonów, takich jak potas i sód, bez naruszania otaczającego środowiska.
Zobacz też: Jak powstaje nowy lek
Reakcje neuronów i astrocytów zaskakują badaczy
Podczas eksperymentów przeprowadzonych na skrawkach hipokampu myszy naukowcy zaobserwowali, że zmiany stężenia jonów nie wywoływały natychmiastowej reakcji neuronów — wbrew wcześniejszym oczekiwaniom. Zamiast tego, dynamicznie reagowały komórki glejowe, a konkretnie astrocyty. Dopiero po ich aktywacji dochodziło do pobudzenia neuronów. Odkrycie to rzuca nowe światło na interakcje pomiędzy różnymi typami komórek mózgu. Sugeruje ponadto, że to astrocyty mogą pełnić kluczową rolę w regulacji aktywności neuronalnej.
Znane narzędzie w nowej odsłonie
Mimo zaawansowanej technologii, nowa pipeta przypomina klasyczne mikropipety wykorzystywane w neurobiologii. To ogromna zaleta – tysiące naukowców na całym świecie zna już zasadę działania takiego narzędzia. To może przyspieszyć wdrożenie nowej technologii do badań i terapii. Nowa pipeta różni się od tradycyjnych jedynie obecnością membrany jonowymiennej oraz sposobem dostarczania substancji – w tym przypadku chodzi wyłącznie o jony, a nie płyny czy prąd.
Przyszłość: zastosowanie terapeutyczne
W dalszych etapach badań zespół planuje wykorzystać pipetę do szczegółowej analizy chemicznej sygnalizacji w zdrowych i uszkodzonych tkankach mózgowych. Kluczowym celem jest rozwój precyzyjnego dostarczania leków bezpośrednio do wybranych obszarów mózgu. Technologia ta może stać się fundamentem dla nowoczesnych terapii chorób neurologicznych, takich jak padaczka. Tam liczy się szybkość, dokładność i minimalna ingerencja w otaczające struktury.
Podsumowanie
Nowatorska pipeta stworzona przez naukowców z Uniwersytetu w Linköping to nie tylko przełomowe narzędzie badawcze, ale także potencjalna platforma terapeutyczna. Dzięki jej precyzji możliwe staje się badanie subtelnych interakcji między neuronami a komórkami glejowymi oraz tworzenie nowych, skuteczniejszych metod leczenia chorób mózgu. Technologia ta ma szansę zrewolucjonizować sposób, w jaki nauka i medycyna podchodzą do problemów neurologicznych — od badań podstawowych po zaawansowane terapie.
