Американские исследователи воспользовались генетическими метками и 3D-нейровизуализацией, чтобы создать атлас мышиного мозга на ранних этапах послеродового развития. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Развитие мозга количественно описывают с помощью диаграмм, основанных преимущественно на макроскопическом анализе изменений объема и формы. Они малоинформативны для отслеживания динамики клеточного состава конкретных отделов мозга. Современные методы 3D-картирования и метки, специфичные для типов клеток, позволяют изучать распределение клеток по областям мышиного мозга. Особый интерес представляет ранний период развития — около двух недель после рождения, который у грызунов примерно соответствует развитию человеческого мозга от поздней гестации до раннего детства.
Ён Су Ким (Yongsoo Kim) из Университета штата Пенсильвании с коллегами создали 11 типов трансгенных животных для валидации и уточнения меток анатомического картирования на основе подхода CCFv3, разработанного Алленовским институтом. Мозг животных на 4, 6, 8, 10, 12 и 14 дни от рождения сканировали серийной двухфотонной томографией (STPT) и итеративно усредняли для получения симметричных шаблонов с 20-микрометровым изотропным размером вокселов. Подобное картирование выявило быстрое увеличение мозга в объеме. С четвертого по 14 постнатальный день объем мозга в целом и отдельно коры увеличились в среднем примерно вдвое, а мозжечка — вчетверо, в то время как диэнцефальные регионы (такие, как таламус и гипоталамус) претерпели наименьшие изменения.
Для анализа роста отдельных типов клеток исследователи использовали сканирование STPT с высоким разрешением, распознавание типов клеток с помощью алгоритма машинного обучения ilastik, сопоставление изображений с данными картирования и статистическую обработку сигналов и объемов в каждой интересующей области. Это позволило получить упорядоченные данные по объему, количеству клеток и их плотности для каждой анатомической структуры мозга и проследить за динамикой плотности распределения отдельных типов клеток.
Ключевыми факторами раннего развития мозга оказались регионспецифичные изменения плотности ГАМКергических нейронов, специфичных для отдельных слоев коры клеток и микроглии. В процессе развития плотность ГАМКергических нейронов возрастала то в коре, то в полосатом теле, стабилизируясь к 12 дню после рождения. Также значительной динамикой обладала плотность корковых вставочных нейронов, экспрессирующих соматостатин и кишечный вазоактивный пептид. Высокая плотность микроглии смещалась из белого вещества в серое на 10 день, селективно повышаясь в областях обработки сенсорной информации.
Авторы работы использовали полученные данные для создания 3D-атласа, названного epDevAtlas, и выложили его в открытый доступ.
Ранее были представлены трехмерный атлас мозга взрослой мыши, интерактивный атлас иммунной системы, 3D-реконструкция внутрисердечной нервной системы крысы, мультиомный атлас мозга шести видов приматов, полный коннектом взрослой дрозофилы и первые результаты работы над полным атласом клеток человека.