August 1, 2022
Inanunsyo ng McKnight Endowment Fund for Neuroscience (MEFN) ang tatlong tatanggap ng $600,000 sa grant funding sa pamamagitan ng 2022 McKnight Technological Innovations sa Neuroscience Awards, na kinikilala ang mga proyektong ito para sa kanilang kakayahang baguhin ang paraan ng pagsasaliksik sa neuroscience. Ang bawat isa sa mga proyekto ay makakatanggap ng kabuuang $200,000 sa susunod na dalawang taon, na nagsusulong sa pagbuo ng mga makabagong teknolohiyang ito na ginagamit sa pagmamapa, pagsubaybay, at pagmodelo ng paggana ng utak. Ang 2022 awardees at ang kanilang mga proyekto:
- Andre Berndt, PhD, ng Unibersidad ng Washington, ay bumubuo ng isang sistema upang lumikha at mag-scan ng napakaraming bilang ng mga optogenetic biosensor nang napakabilis, upang matukoy at mapino ng mga mananaliksik ang mga biosensor na ito nang mas tumpak para sa kanilang mga eksperimento. Nililimitahan ng kasalukuyang teknolohiya at mga hadlang sa mapagkukunan ang mga mananaliksik sa paggalugad lamang ng dose-dosenang o daan-daang biosensor, at ang maliit na sukat ng sample ay nangangahulugang hindi nila matiyak na natagpuan nila ang pinakamahusay na opsyon. Sa kakayahang gumawa at mag-screen ng sampu-sampung libo, ang kanilang mga opsyon ay lalawak nang husto.
- Ruixuan Gao, Ph.D., ng University of Illinois Chicago, ay chemically engineering ng isang bagong uri ng hydrogel na gagamitin sa isang bagong kasanayan ng expansion microscopy - mahalagang pinapalawak ang mga sample ng tissue at ang kanilang mga component cell sa maraming beses sa kanilang orihinal na laki upang gawing mas madaling pag-aralan ang mga ito. Ang kanyang bagong "tetra-gel" at mga dalubhasang molekula na nakaangkla sa sample sa gel ay magbibigay-daan dito na lumawak nang may mataas na katapatan at mananatiling matatag upang ang molekular na profile ng tisyu ng utak ay maaaring mas mahusay na makuha.
- Mirna Mihovilovic Skanata, Ph.D., ng Syracuse University, ay bumubuo ng bago, mataas na katumpakan na aplikasyon para sa two-photon microscopy na magbibigay-daan sa mga mananaliksik na tumpak na subaybayan at optically manipulahin ang neural na aktibidad sa isang malaking lugar sa malayang kumikilos, malayang gumagalaw na larval fruit fly. Ang sistema ay ganap na hindi nagsasalakay, gamit ang isang algorithm upang ayusin ang galaw ng larvae at subaybayan ang maraming indibidwal na mga cell nang sabay-sabay sa pamamagitan ng pagkalkula at pagwawasto para sa paggalaw at pagpapapangit ng utak habang gumagalaw ang hayop.
Matuto nang higit pa tungkol sa bawat isa sa mga proyekto sa pagsasaliksik sa ibaba.
Tungkol sa Mga Teknolohiya sa Mga Pagkakatuklas sa Neuroscience Awards
Mula noong itinatag ang McKnight Technological Innovations sa Neuroscience Award noong 1999, ang MEFN ay nag-ambag ng higit sa $16 milyon sa mga makabagong teknolohiya para sa neuroscience sa pamamagitan ng mekanismo ng award na ito. Ang MEFN ay lalo na interesado sa trabaho na nangangailangan ng bago at nobela na mga diskarte sa pagsulong ng kakayahang manipulahin at pag-aralan ang paggana ng utak. Ang mga teknolohiyang binuo gamit ang suporta ng McKnight ay dapat na sa huli ay magagamit sa iba pang mga siyentipiko.
"Muli, naging kapana-panabik na makita ang katalinuhan na dinadala ng aming mga aplikante sa mga bagong neurotechnologies," sabi ni Markus Meister, Ph.D., tagapangulo ng komite ng parangal at ang Anne P. at Benjamin F. Biaggini na propesor ng biological sciences sa Caltech. "Ang aming mga parangal ay sumasaklaw sa isang malawak na hanay, mula sa mga bagong biosensor para sa pagbibigay ng senyas ng mga molekula hanggang sa matatalinong pamamaraan na nagpapalawak ng neural tissue bago ang high-resolution na microscopy."
Kasama rin sa selection committee ngayong taon sina Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting, at Hongkui Zeng, na pumili ng Technological Innovations sa Neuroscience Awards ngayong taon mula sa isang highly competitive pool ng 90 aplikante.
Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa mga parangal, mangyaring bisitahin ang aming website.
2022 McKnight Technological Innovations sa Neuroscience Awards
Andre Berndt, PhD, Assistant Professor, Department of Bioengineering, University of Washington
Massively parallel, high throughput engineering ng optogenetic biosensors para sa neuronal signaling
Binago ng mga Florescent, genetically encoded na protina ang pag-aaral ng mga selula ng utak at neural circuit. Sa pamamagitan ng literal na pag-iilaw sa pagkakaroon ng partikular na aktibidad ng neural, na maaaring maitala ng mga mikroskopyo at magaan na mga hibla sa mga buhay na utak, ang tool na ito ay na-unlock ang maraming misteryo at pinahintulutan ang mga mananaliksik na mailarawan ang aktibidad ng utak at mga neural pathway. Ngunit nagkaroon ng bottleneck: Pagbuo at pagtukoy ng pinakamahusay na sensor para sa bawat eksperimento. Ang mga naka-encode na protina na ito ay kailangang mag-react sa pagkakaroon lamang ng mga partikular na stimuli, sa ilang mga kaso ay maaaring maging lubhang sensitibo, sa ibang mga kaso ay maaaring kailanganing mag-fluoresce ng mas mahabang panahon, o ang isang eksperimento ay maaaring mangailangan ng dalawang sensor upang makita kung gaano karami ang mga neurotransmitter. Makipag-ugnayan.
Noong nakaraan, ang bawat sensor ay kailangang baguhin, gawin, at subukan nang isa-isa. Marahil ilang dosena o daan lamang ang maihahambing, at pinili ng mga mananaliksik ang pinakamahusay na opsyon mula sa isang maliit na sample - hindi alam kung mayroong mas mahusay, mas tumpak na opsyon na magagamit. Si Dr. Berndt ay bumuo ng isang proseso para sa pagbuo at pagsubok ng napakaraming bilang ng mga optogenetic biosensors nang sabay-sabay, na naglalayong mag-screen ng higit sa 10,000 bawat araw at bumuo ng isang napakalaking library ng mga biosensor na maaaring magbigay sa mga mananaliksik ng access sa mga tumpak na engineered na protina na magagamit nila upang tumakbo kailanman- mas tiyak na mga eksperimento.
Gumagamit ang teknolohiya ng mabilis na genetic engineering upang lumikha ng malaking bilang ng mga variant ng isang biosensor, pagkatapos ay inilalagay ang mga indibidwal na variant sa isang microwell array. Ang mga sensor ay nakalantad sa mga neuropeptide - sa kasalukuyan, si Dr. Berndt ay tumutuon sa mga ligand-specific na opioid sensor - at pagkatapos ay binabasa ng mga optical sensor ang microarray, na nakikita ang liwanag at iba pang mga variable ng bawat variant, at pinipili ang pinakamahusay na mga opsyon para sa karagdagang pagsubok. Sa loob ng 2 taon, mga 750,000 biosensor ang susuriin at ang proseso para sa kanilang screening ay pinino, na nagsusulong ng pananaliksik sa mga aksyong opioid sa utak at nagbibigay ng maraming paraan na magagamit ng ibang mga mananaliksik para sa kanilang mga eksperimento.
Ruixuan Gao, Ph.D., Assistant Professor, Department of Chemistry at Department of Biological Sciences, University of Illinois Chicago
Sub-10 nm spatial profiling ng synaptic proteins at RNA transcripts na may high-isotropy expansion microscopy gamit ang isang highly homogenous hydrogel na itinayo mula sa tetrahedron-like monomers
Upang suriin ang mga bagay na napakaliit - tulad ng mga neuron at ang kanilang mga synapses sa utak - ang mga mananaliksik ay gumagamit ng makapangyarihang mga mikroskopyo. Ngunit may isa pang diskarte na maaaring magbunga ng mga kahanga-hangang resulta: literal na pagpapalawak ng sample ng tissue at ang mga cell sa loob nito sa pamamagitan ng paggamit ng isang espesyal na swellable hydrogel sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na expansion microscopy. Ang hydrogel ay nagbubuklod sa iba't ibang molekular na bahagi ng mga cell at lumalawak, na perpektong humahawak sa lahat ng bahagi ng bahagi sa parehong relatibong posisyon sa isa't isa, na lumilikha ng mas malaki at mas madaling ma-access na sample upang pag-aralan - sa prinsipyo, katulad ng pagsusulat sa isang lobo, pagkatapos ay pagpapalaki nito .
Gayunpaman, ang kasalukuyang mga hydrogel na ginagamit para sa prosesong ito ay may ilang mga kakulangan pagdating sa pag-aaral ng mga maliliit na istruktura sa utak. Ang margin ng error sa paghawak sa kamag-anak na posisyon ng mga molekula ay hindi kasing-tiyak ng ninanais. Ang bagong gel na posibleng magtagumpay sa isyung ito ay hindi maganda ang reaksyon sa init na ginagamit sa pag-denaturasyon at paggamot sa mga sample ng tissue. At maaari nitong limitahan ang paggamit ng mga fluorescing biomarker. Nilalayon ni Dr. Gao na pahusayin ang teknolohiya sa pamamagitan ng pagbuo ng bagong uri ng "tetra-gel", na chemically engineered upang magkaroon ng hugis-tetrahedron na monomer na sobrang pare-pareho habang lumalawak, lumalaban sa init at nagbibigay-daan sa paggamit ng mga bioluminescent marker. Gagawa rin siya ng mga chemical linker, mga espesyal na molekula na magbubuklod sa iba't ibang molekular na bahagi ng sample sa gel. Ang layunin ay magkaroon ng pinalawak na sample na tumutugma sa katapatan ng orihinal sa loob ng 10 nanometer, na tumutugma sa resolution ng malalakas na mikroskopyo.
Natukoy na ng pananaliksik ni Dr. Gao ang mga promising compound kung saan bubuo ang tetra-gel na ito. Habang binubuo at pinipino ito ng kanyang lab, ilalapat niya ang mga kakayahan nito sa pag-aaral ng, halimbawa, ang maagang pagsisimula ng mga utak na apektado ng Parkinson's Disease. Ang pag-aaral sa eksaktong istruktura ng mga utak na ito ay naging mahirap sa mga tradisyunal na pamamaraan, at ang layunin ay ang tumpak na pagmapa ng mga synaptic na protina at nauugnay na mga transcript ng gene, na tumutulong sa pagtuklas kung paano ang maagang pagsisimula ng utak ng PD ay nakabalangkas sa molekular.
Mirna Mihovilovic Skanata, Ph.D., Assistant Professor, Physics Department, Syracuse University
Dalawang-photon na teknolohiya sa pagsubaybay upang basahin at manipulahin ang mga neural pattern sa malayang gumagalaw na mga hayop
Ang gintong pamantayan para sa mga neuroscientist ay ang makapag-record at manipulahin kung ano ang nangyayari sa utak sa isang mataas na antas ng katumpakan, sa isang malaking lugar, habang ang isang buhay na hayop ay kumikilos nang malaya at natural. Sa paglipas ng mga taon, pinahintulutan ng teknolohiya ang mga mananaliksik na lumipat patungo sa ideal na ito, ngunit palaging may ilang mga kompromiso. Kadalasan, ang mga hayop ay kailangang maayos ang ulo, at/o may mga nakakasagabal na sensor o optika sa kanilang utak, at kadalasan ang high-fidelity na pag-record o pagmamanipula ay limitado sa medyo maliit na bahagi ng utak, habang ang malawak na nakabatay sa mga pag-record at pagmamanipula ay hindi gaanong tumpak.
Ang isa sa mga pangunahing hamon ay ang paggalaw at pagbaluktot ng utak at mga neuron sa isang malayang gumagalaw na hayop. Ngunit si Dr. Skanata ay gumagawa ng bagong teknolohiya sa pagsubaybay ng dalawang-photon na nagbibigay-daan sa kanya na subaybayan ang maraming indibidwal na mga neuron sa isang gumagalaw na hayop nang walang anumang invasive implants, at optically i-activate o manipulahin ang mga neuron na iyon. Ang ginamit na modelo ay fruit fly larvae, na natural na transparent, at ang system na patuloy na bubuoin ni Dr. Skanata ay gumagamit ng dalawang-photon microscope (na nagbibigay-daan sa napaka-tumpak na pag-target) kasama ng isang mapanlikhang algorithm na maaaring mabilis na makakita ng paggalaw ng mga indibidwal na neuron at ayusin ang posisyon ng paksa sa isang gumagalaw na yugto upang mapanatili itong nakasentro sa ilalim ng mikroskopyo. Kinakalkula ng system ang mga relatibong posisyon ng maraming neuron, nag-aayos para sa paggalaw at pagpapapangit ng utak sa panahon ng paggalaw, at sinusubaybayan ang aktibidad ng neural sa isang malaking lugar.
Kapag sinusubaybayan ang isang hayop na binago upang ma-activate ang mga neuron kapag nalantad sa optical light, hinahayaan ng system ang mga mananaliksik na i-on ang mga neuron na may mataas na katumpakan sa panahon ng natural na aktibidad. Ang mahalaga, ang sistemang binuo ni Dr. Skanata ay may kakayahan na independiyenteng kontrolin ang dalawang laser beam, kaya masusubaybayan nito ang maraming lugar nang sabay-sabay, at pahihintulutan pa ang aktibidad sa pagsubaybay sa mga indibidwal, na nagbibigay-daan sa insight sa aktibidad ng neural sa mga pagkikita ng grupo.
