Agyműtét alatt mérhető sejtaktivitás
Egy magyar innovációnak köszönhetően először vált mérhetővé agyműtét alatt a folyamatosan mozgó agy idegsejtjei és sejtnyúlványai elektromos aktivitásának mérése.
A Neuron márciusi számában jelent meg Dr. Rózsa Balázs (BrainVisionCenter, Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet) és Dr. Losonczy Attila (UT Southwestern Medical Center) és szerzőtársaik a „Mozgásstabilizált, háromdimenziós optikai felvételek a membránpotenciál-változásokról és a kalciumdinamikáról a hippokampusz CA1 dendritjeiben” című tanulmányukban a Roska Botond és Rózsa Balázs által alapított BrainVisionCenter (BVC), és a Femtonics Kft. együttműködésében kifejlesztett, háromdimenziós, valós idejű mozgáskorrekciós eljárásról számoltak be. Ennek köszönhetően elsőként vált lehetővé az idegsejteknek és idegsejtnyúlványaiknak mérése, folyamatosan lüktető, pulzáló agyban az agyra jellemző rendkívül gyors időskálán, akár több kHz-es sebességgel. A gyors képstabilizálást és szimultán végzett nagy felbontású, mesterséges intelligencia által támogatott méréseket a kutatók három dimenzióban valósították meg Losonczy Attila és Rózsa Balázs vezetésével.
A berendezést – amelyet több, mint 50 nemzetközi szabadalom fémjelez – a Femtonics Kft. gyártja és forgalmazza. A felhasználók között olyan vezető egyetemek és kutatóintézetek találhatók, mint a Stanford University, a Yale University, a Columbia University, a Harvard University, a Boston University, Oxford University, McGill University, University of Helsinky, az MIT és a Caltech. A Neuronban megjelent közlemény már a 25-dik rangos (Nature Index lapban megjelent) publikáció, amelyet a Kísérleti Orvosi Kutatóintézet és a BrainVisionCenter a Femtonics Kft. eszközével ért el. Ez rekord teljesítménynek számít a hazai high-tech szférában. Világszerte pedig több 100 magas rangú közlemény jelent meg a Femtonics Kft. lézermikroszkópjairól. E berendezés eladásából származó árbevétel pedig meghaladta a 10 milliárd forintot. Ezt a cég 100%-ban az orvosi kutatásokra, innovációra forgatta vissza. A Neuron cikkben szereplő technológia képes lenne műtét közben a pulzáló emberi agy aktivitásának mérésére, új utakat nyitva az orvosi diagnosztika és terápia területén. Akár 1 mm-es mozgási tartományban is képes a mozgó agyat, 100 nanométeres pontossággal mérni. Ez egy hajszál vastagságának ezred része. A BVC és a Femtonics kutatói most azon dolgoznak, hogy megfelelő szenzorokat fejlesszenek az emberi agy méréséhez, amely megnyitja a klinikai használat útját.
A találmány által elért szakmai áttörés lényege, hogy a dendritikus integráció és a visszaterjedő akciós potenciálok – az eddigi in vitro vizsgálatokat meghaladva - éber, viselkedő állatokban is megfigyelhetők, nyomon követhetők az idegsejtek komplex, faágszerűen szétágazó nyúlványai mentén, kiszűrve az agyszövet mozgásából, légzésből, szívverésből eredő zavaró tényezőket. A rendszer ugyanis akár 100 mikroszekundum alatt újrapozícionálja a mérés koordinátarendszerét, kompenzálva ezzel a szövet elmozdulását. Működése megfelel egy gyors 3D-s képstabilizátornak, amelyet lézerpásztáztás közben használunk. Ennek eredményeképpen stabil képet és mozgási zaj nélküli jeleket kapunk.
A módszer egyik fontos újítása, hogy az agyba korábban mesterségesen bejuttatott fluoreszcens gyöngyök helyett az idegsejtek sejttestét használhatjuk referencia pontként, amellyel a mozgást mérjük. Mivel ez a megközelítés nem vált ki immunreakciót, nem károsodik az agy, ami pontos méréseket tesz lehetővé. Továbbá a módszer több, mint századára csökkenti a mozgásból származó mérési műtermékek nagyságát.
A világszerte használt kalcium szenzorokra épülő képalkotás csak közvetett információt szolgáltat ad az elektromos aktivitásról, ezáltal időben is „elmosódottabb” képet rajzol az agy működéséről. Ezzel szemben az UT Southwestern Medical Center, a BrainVisionCenter és a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet jelen kutatásában a kalciumszenzorokkal együtt használt új genetikai alapú feszültségérzékelő szenzorok közvetlenül, akár egy tízezred másodperces pontossággal mutatják az agy elektromos változásait, amelyeket eddig élő állatban, sejten belüli részletességgel, és térben nem lehetett alkalmazni, ugyanis nem létezett hozzá kellően gyors mérési technológia. A szükséges áttörést a Femtonics Kft akuszto-optikai technológiája hozta, amely akár 6-7 nagyságrenddel gyorsabb, 3D-s méréseket tett lehetővé. A kettős funkcionális jelölés által elérhetővé vált, hogy a kutatók egyszerre lássák az elektromos jeleket és az azok által kiváltott kalciumválaszokat. A jelöléshez Losonczy Attila csoportja egy olyan új gyors géntechnológiai jelölést (in vivo elektroporációs eljárást) dolgozott ki, amely minden eddigi módszernél erősebb kontrasztot és ezáltal jobb funkcionális jeleket adott, miközben az agy nem károsodott.
Eredményei szerint az egyedi dendrittüskékben mért válaszok egyre gyengülnek, ahogy visszaterjednek a jelek a nyúlványokban, az úgynevezett dendritekben. Ezzel szemben az akciós potenciál sorozatok tartósabb depolarizációt hoznak létre, amely során az információ megbízhatóbban jut el a távoli dendritekhez. A célzott fotostimulációval kiváltott jelek ugyanezt a távolságfüggő gyengülést mutatták, ami arra utal, hogy a dendritikus szűrés főként a sejtek saját tulajdonságaiból fakad. Emellett olyan helyi dendritikus feszültségeseményeket is kimutattunk, amelyek függetlenek a neuronok sejttestének aktivitásától. Ez azt jelzi, hogy az egyes dendritikus ágak részben önálló számítási egységként működhetnek, mintha önálló processzorok lennének.
További fontos eredmény, hogy - szemben a jelenleg általánosan elfogadott képpel - a feszültség és a kalcium jelek közötti kapcsolat az idegsejtek elágazásai számának növekedésével fokozatosan gyengül. A távoli dendritikus részekben a feszültségjelek még mérhetők, de a hozzájuk tartozó kalciumválaszok gyorsabban csökkennek, különösen az elágazási pontok után. Ez arra utal, hogy a dendritek szerkezete és elektromos tulajdonságai nemcsak a feszültség terjedését, hanem a kalcium beáramlását is befolyásolják, lehetővé téve az áganként eltérő plaszticitási és molekuláris működést.
A kutatás eredményei hidat képeznek az in vitro dendritikus mérések és az in vivo idegsejtdinamika között. Technológiai alapot teremtenek a dendritikus számítások közvetlen vizsgálatához tanulás és memóriaformálási folyamatok során éber, viselkedő állatokban.
Forrás: Sajtóközlemény 2026. április 7. és
Gonzalez KC, Terada s, Noguchi A et al: Movement-stabilized three-dimensional optical recordings of membrane potential changes
https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(26)00004-8
