¿Es posible construir una máquina de resonancia magnética muy pequeña para estudiar la ultraestructura de una sola célula?

La RMN de célula completa ya existe. La RMN de estado sólido se ha utilizado para estudiar sistemas celulares completos. Mientras que la RMN en estado de solución puede dar más interacciones, el uso de la rotación de ángulo mágico permite apretar los picos y ayudar a los químicos a estudiar sistemas más complejos.

La combinación de la RMN de estado sólido con una serie de técnicas inteligentes de etiquetado ha permitido a los grupos hacer exactamente lo que usted propuso: estudiar la ultraestructura de las células. Esto ha sido particularmente útil para estudiar sistemas de membrana que generalmente son muy difíciles de estudiar usando RMN en estado de solución.

Unos papeles.

  • Espectroscopía de resonancia magnética nuclear de estado sólido celular
  • Métodos para la adquisición y asignación de RMN de giro de ángulo mágico multidimensional de alta resolución de bacterias de células enteras

Esto se ha combinado con los esfuerzos con RMN en la célula donde las células se cultivan en medio rico en N15 para permitir el marcado de picos específicos.

  • Evaluación de parámetros críticos para la observación de proteínas dentro de Escherichia coli viva mediante espectroscopía de RMN en células
  • Espectroscopía de RMN macromolecular de alta resolución dentro de células vivas
  • Determinación de la estructura de la proteína en células vivas por espectroscopía de RMN en la célula

En el mundo del estado de la solución, la gente ha estado utilizando la vacante de nitrógeno que Inna Vishik hace un gran trabajo al describir. El aumento en la resolución permite la espectroscopía de RMN de una sola célula y posiblemente incluso de una sola proteína.

Solo usa una bobina realmente muy pequeña. [1] [2] [3] [4] La señal en RMN y RM depende del número de vueltas dentro de la bobina receptora, que a su vez es proporcional al volumen. Sin embargo, la sensibilidad de una bobina de RMN es inversamente proporcional a su diámetro [5]. Puede utilizar imágenes de células individuales con un espectrómetro de RMN estándar con secuencias de pulso estándar si utiliza una bobina lo suficientemente pequeña. Aquí hay una imagen de una sola neurona tomada a 600 MHz (14T) con una bobina de diámetro 530 [matemática] \ mu [/ matemática] m (se han realizado bobinas tan pequeñas como 3.7 [matemática] \ mu [/ matemática] m [6]): [7] El citoplasma está marcado C, el núcleo N y el medio M.

El espectro de RMN de la casilla indicada (220 [matemática] \ mu [/ matemática] m en cada lado) está debajo. [8] A la izquierda es después de 8 minutos de adquisición, la derecha es después de una hora y media. Esto sería lo suficientemente bueno para el fenotipo metabólico de las células cancerosas, por ejemplo. [9] [10] [11] El desafío es construir una serie de bobinas para permitir un rendimiento lo suficientemente alto como para que la técnica sea útil.

Aquí hay una imagen de resonancia magnética de alta resolución de una neurona de mamífero ( derecha ) con confirmación histológica directa (izquierda ): [12]

En comparación, el ancho de línea en la técnica de vacante de nitrógeno se establece por el muy corto tiempo de eliminación de la vacante de nitrógeno T2 que resulta en anchos de línea de kHz. [13] Los anchos de línea de Kilohertz son lo suficientemente grandes como para que los cambios químicos no se puedan distinguir con precisión y un espectro de RMN detallado como el anterior es imposible, al menos con la tecnología actual (la figura a continuación es una simulación de cómo se ven las formas de línea mediante la técnica de vacante de nitrógeno). Sin embargo, puede obtener una imagen similar a la MRI moviendo el objeto con respecto a la vacante de nitrógeno. [14] Pero hay otras técnicas como AFM que pueden dar imágenes similares. La verdadera ventaja está en la espectroscopía de resonancia magnética in vivo de células individuales que solo está disponible mediante la técnica de microbobina.

Notas al pie

[1] http://onlinelibrary.wiley.com/d

[2] Imagen de resonancia magnética nuclear de una sola célula

[3] Progresos recientes en microscopía de RMN hacia imágenes celulares

[4] Microscopía de resonancia magnética de difusión multicomponente en neuronas individuales

[5] Espectroscopía de RMN de microbobina: una herramienta novedosa para la espectroscopía de RMN de alto rendimiento biológico

[6] Microscopía 3D MR con resolución

[7] http://onlinelibrary.wiley.com/d

[8] http://onlinelibrary.wiley.com/d

[9] Imagen metabólica del tumor mediante espectroscopía de resonancia magnética.

[10] Metabolómica de RMN en la investigación del cáncer

[11] El futuro de la metabolómica de la RMN en la terapia contra el cáncer: ¿hacia la personalización del tratamiento y el desarrollo de medicamentos dirigidos?

[12] Microscopía de resonancia magnética de neuronas de mamíferos.

[13] https://arxiv.org/pdf/1506.05882

[14] http://www.nature.com/nnano/jour

¡Si! Las personas están explorando el uso de centros de nitrógeno vacante (NV) en diamante como sensores para espines nucleares, * con el objetivo de poder realizar estudios de ‘nano-MRI’ de moléculas biológicas. El centro NV es un enfoque atractivo para este problema porque diferentes estados de espín en su diagrama de nivel de energía producen diferentes espectros de emisión / absorción que pueden medirse mediante técnicas ópticas estándar.

Aquí hay dos documentos, pero varios otros grupos de investigación también están trabajando en esto:
Página en arxiv.org
Página en sciencemag.org (lo siento, detrás de paywall)
fuente de la imagen: Science Magazine

* El principio físico detrás de las máquinas de resonancia magnética es la resonancia magnética nuclear (RMN)

Esto es relativamente similar.

Esto debería darte esperanza.

Actualmente estoy tratando de encontrar una manera de construir una máquina de borrado de memoria humana, que use una máquina de cuchillas gamma modificada, para ionizar grupos de neuronas de tamaño cúbico de micras en el cerebro.

¿Podría esta técnica ser más segura de usar que la terapia electroconvulsiva, al borrar recuerdos específicos de personas con TEPT?

El siguiente paso en el trabajo de Andre Fenton es borrar recuerdos espaciales específicamente en un cerebro de ratón usando una máquina de gamma cuchillo modificado

Los pasos para hacer esta técnica están a continuación.
La máquina de resonancia magnética INUMAC que aún no se ha construido (para obtener imágenes de la enfermedad neurológica con MR de alto campo y contrastophores) puede obtener imágenes de un área de aproximadamente 0.1 mm o 1000 neuronas, y ver los cambios que ocurren tan rápido como una décima de segundo.
Permitiría imágenes funcionales mucho más precisas del cerebro en el trabajo, de lo que está disponible actualmente. Realmente no se puede discriminar lo que está sucediendo en el cerebro al nivel de unos pocos cientos de neuronas.
Combine el INUMAC con los últimos escáneres de TC. Con los últimos escáneres de TC, la imagen final es mucho más detallada que una imagen de rayos X. Dentro del escáner de TC hay un detector de rayos X que puede ver cientos de niveles diferentes de densidad. el INUMAC y los últimos escáneres CT con magnetoencefalografía (MEG) y electroencefalograma (EEG) para ver las señales eléctricas, que ocurren en la magnetoencefalografía real, el magnetómetro SERF (sin intercambio de espín de relajación) en investigación para futuras máquinas. Esto ayudará a aumentar el futuro precisión de la señal eléctrica en el cerebro.
Ahora tiene señales BOLD y electro y químicas para deducir qué neuronas contienen qué memoria espacial específica.
Modifique una máquina Gamma Knife, actualmente las lentes de bola deben ser trabajadas para ionizar grupos de neuronas del tamaño de micras, en áreas cúbicas en el cerebro.
Recuerde que una onda gamma puede atravesar algo tan pequeño como una cirugía con cuchillo gamma, ionizan tumores en el cerebro del tamaño de un guisante, por lo que ionizar un área cúbica en el cerebro de alrededor de 20 micras sería mucho más seguro que la cirugía con cuchillo gamma. para este cuchillo gamma modificado se encuentra en la descarga a continuación en la parte inferior de esta página. La forma en que funciona la máquina de cuchillas gamma modificadas es que solo usa de dos a veinticinco haces. Pero dos haces harán que la reunión más pequeña se encuentre en el centro, donde la intensidad de los haces de ondas gamma es la más fuerte para ionizar las células. El colimador ajusta el ancho de los dos haces de rayos gamma para ionizar grupos de neuronas en un área de tamaño cúbico en el cerebro. Dos haces de rayos gamma son los mejores para hacer un área de encuentro más pequeña en el centro, pero más de dos haces pueden se usa si ayuda mejor con la ionización de un área cúbica de un grupo de neuronas.

El tiempo que los grupos de neuronas necesitan ser ionizados también es un factor de ionización.
Un neurocientífico puede decir “necesita encontrar un grupo de neuronas asociadas con una memoria específica, y luego necesitaría ionizar cada grupo de neuronas asociadas con esa memoria para borrar esa memoria específica”.

No necesita encontrar CADA grupo de neuronas en el cerebro que contiene una memoria específica.

Ionizar ALGUNOS de los grupos de neuronas es suficiente para interrumpir una memoria específica.

Y así es como lo haces.
Usted busca los grupos de neuronas que contienen la mala memoria en la tecnología INUMAC MRI y FMRI, CT EEG y MEG.

Encuentras los malos recuerdos, pidiéndole a la persona que recuerde los malos recuerdos.

Cuando haya identificado qué grupos de neuronas podrían contener los malos recuerdos.
Le pides a la persona que recuerde la mala memoria, a medida que ionizas las neuronas asociadas con la mala memoria, le pides a la persona que recuerde la mala memoria, cuanto más ionizas, más borrosa se vuelve la mala memoria para la persona, como tú pídale que lo recuerde.

Entonces, gradualmente, la mala memoria debe borrarse, pero el punto es que no fue necesario encontrarla e ionizar CADA grupo de neuronas en el cerebro para borrar la mala memoria.

Lo que sería como encontrar una aguja en un bosque.

Entonces, lo que ha hecho aquí es que ha impedido que las neuronas se comuniquen entre sí para hacer un mal funcionamiento completo de la memoria de la persona.

Al ionizar ALGUNAS de las neuronas, ha interrumpido el proceso de comunicación de las neuronas entre sí que forma la mala memoria para la persona.

¿Es mejor que la persona se vaya confundida y que las cosas en su mente no tengan un poco de sentido, o que la persona esté severamente deprimida con TEPT?

De todas las neuronas que contienen la mala memoria, solo ionizando menos del 10% de los grupos de neuronas, podría ser suficiente para interrumpir el proceso de comunicación entre estas neuronas para borrar con éxito una memoria.

Esto es mucho más seguro que la terapia electroconvulsiva, puede causar confusión y pérdida de memoria, ya sea de buenos recuerdos o recuerdos importantes que debe saber. y esta técnica con INUMAC y FMRI, y un cuchillo gamma modificado es más específico, para borrar los malos recuerdos y dejar los buenos recuerdos y recuerdos de cosas que necesita saber.
ZIP (péptido inhibidor de Zeta), y la optogenética nunca funcionará en un ser humano.
En la cirugía con Gamma Knife, ionizan un área del cerebro del tamaño de un guisante, quiero ionizar un área cúbica de unas pocas micras de tamaño, por lo que esto sería mucho menos peligroso que la cirugía con gamma Knife.
Además, es posible que no sea necesario utilizar ondas gamma, se podrían usar rayos X para ionizar los grupos de neuronas, lo que sería más seguro.

La seguridad es la prioridad más importante en esta idea.

Esta idea de borrar recuerdos específicos, es una opción que es una técnica más segura y más específica mejor que la terapia electroconvulsiva.

Los científicos de Stanford han demostrado una técnica para observar cientos de neuronas que disparan en el cerebro de un ratón vivo, en tiempo real, y han vinculado esa actividad al almacenamiento de información a largo plazo. El trabajo sin precedentes podría proporcionar una herramienta útil para estudiar nuevas terapias para enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Los investigadores primero utilizaron un enfoque de terapia génica para hacer que las neuronas del ratón expresen una proteína verde fluorescente que fue diseñada para ser sensible a la presencia de iones de calcio. Cuando se activa una neurona, la célula se inunda naturalmente con iones de calcio. El calcio estimula la proteína, haciendo que toda la célula tenga una fluorescencia verde brillante.

Un pequeño microscopio implantado justo encima del hipocampo del ratón, una parte del cerebro que es crítica para la memoria espacial y episódica, captura la luz de aproximadamente 700 neuronas.

El microscopio está conectado a un chip de cámara, que envía una versión digital de la imagen a la pantalla de una computadora.

Luego, la computadora muestra un video casi en tiempo real de la actividad cerebral del mouse cuando un mouse corre alrededor de un pequeño recinto, que los investigadores llaman una arena.

Los disparos neuronales se ven como pequeños fuegos artificiales verdes, explotando al azar sobre un fondo negro, pero los científicos han descifrado patrones claros en el caos.

“Literalmente podemos averiguar dónde está el ratón en la arena mirando estas luces”, dijo Mark Schnizer, profesor asociado de biología y física aplicada.

Cuando un mouse se rasca en la pared en un área determinada de la arena, una neurona específica se disparará y parpadeará en verde. Cuando el ratón se dispersa a un área diferente, la luz de la primera neurona se desvanece y se genera una nueva célula.

“El hipocampo es muy sensible a la ubicación del animal en su entorno, y las diferentes células responden a diferentes partes de la arena”, dijo Schnitzer. “Imagínese caminando por su oficina. Algunas de las neuronas en su hipocampo se iluminan cuando está cerca de su escritorio, y otras se disparan cuando está cerca de su silla. Así es como su cerebro hace un mapa representativo de un espacio”.

El grupo descubrió que las neuronas de un ratón se disparan con los mismos patrones incluso cuando ha pasado un mes entre experimentos. “La capacidad de regresar y observar las mismas células es muy importante para estudiar las enfermedades cerebrales progresivas”, dijo Schnitzer.

Por ejemplo, si una neurona particular en un ratón de prueba deja de funcionar, como resultado de una muerte neuronal normal o una enfermedad neurodegenerativa, los investigadores podrían aplicar un agente terapéutico experimental y luego exponer al ratón a los mismos estímulos para ver si la función de la neurona regresa.

Aunque la tecnología no se puede utilizar en humanos, los modelos de ratón son un punto de partida común para nuevas terapias para enfermedades neurodegenerativas humanas, y Schnitzer cree que el sistema podría ser una herramienta muy útil para evaluar la investigación preclínica.

Si combinaras mi idea modificada de la máquina de cuchillas gamma, para ionizar las neuronas en el cerebro de los ratones, en este experimento podrías probar mi teoría del 10% que no necesitas encontrar e ionizar CADA neurona asociada con una memoria espacial.

Solo necesita ionizar el 10% de las neuronas asociadas con una memoria espacial específica, para borrar la memoria.

Probar esta teoría que no es necesario encontrar e ionizar todas las neuronas del cerebro para borrar una mala memoria es el siguiente paso en el experimento realizado por Andre Fenton.

Andre Fenton borró recuerdos espaciales en ratones usando ZIP (péptido inhibidor de Zeta) pero no puede borrar recuerdos específicamente, sería un experimento más avanzado basado en su experimento con el ratón en la tarea de evitar la colocación.

Parece que los recuerdos se crean como cambios de algunas moléculas hechas en sinapsis seleccionadas dispersas en muchas regiones del cerebro, y no en neuronas completas, ni en conjuntos de neuronas ubicadas una al lado de la otra.

Es posible que pueda deducir ionizando neuronas a escalas de micras cómo se consolidan los recuerdos en esta técnica.

Además, si pueden ayudar, solicito una subvención para que este cuchillo gamma modificado se construya en una universidad, así como una pasantía para comenzar a construir este cuchillo gamma prototipo y comenzar a hacer este experimento.