用地质学家的“眼睛”看大脑
利用地质学家的成像工具，研究人员拍摄了前所未有的高分辨率图像，展示了葡萄糖中的碳原子是如何整合到脑细胞中的，这为研究葡萄糖在大脑中的命运提供了新的见解，开启了新的大门。
葡萄糖是糖的一种，为大脑提供能量。但它是如何从血液到大脑细胞而它最终会在哪里结束还不太清楚。EPFL、Nestlé健康研究所和洛桑大学的研究人员利用一种特殊显微镜的能力首次对大脑的新陈代谢成像，追踪了个体的命运碳原子深入大脑的神经元和星形胶质细胞。他们的研究发表在化学神经解剖学杂志为更好地理解健康和患病大脑的代谢方式铺平了道路葡萄糖在未来，这将有助于开发诊断和治疗神经系统疾病的新方法。
“我们血液中的葡萄糖有一半是由大脑消耗的;这一点我们都知道。但我们不知道的是，至少不知道细节，是这些葡萄糖的用途和它的流向，”该研究的首席研究员之一Arnaud Comment说。究其原因，是现有的实验方法已经无法最终解决这一问题。但多亏了一种最初用于研究岩石样品同位素组成的显微镜NanoSIMS，研究人员似乎终于有了一种工具来帮助他们找到答案。
“NanoSIMS让我们看到了亚细胞水平上发生的事情，这是以前没有人能接触到的。这是通过跨校园合作将地球化学技术推向生命科学领域的一个例子，”Meibom说，他的EPFL研究实验室运行着纳米sims，这是瑞士唯一的纳米sims。结合透射电子显微镜(TEM)与二次离子质谱相结合，该设备可以让研究人员定位痕量的标记原子，分辨率只有几百纳米。
“在这项研究中，我们在细胞水平上成像了葡萄糖的命运，葡萄糖是大脑的主要能量来源，”梅博姆说，他也是这项研究的第二首席研究员。“我们的问题是:大脑把钱放在哪里?我们还没有确切的答案，但我们有数据表明，在几个小时后，神经元在其结构中从葡萄糖中积累了比星形胶质细胞更多的碳。我们可以在神经元细胞核和其他细胞隔层中发现高浓度的葡萄糖碳原子——这是代谢活动增加的迹象。”
虽然他们的发现既没有反驳也没有验证目前的理论，即星形胶质细胞从血流中提取葡萄糖并将其中一部分传递给神经元，但他们提供了一个前所未有的、非常准确的快照，准确了解葡萄糖中的碳在大脑中的去向。
但是，研究人员希望，他们的方法可以帮助确定某些类型疾病的早期代谢特征，这可能对研究和治疗策略的发展是一个福音。例如，发现阿尔茨海默氏症的发病是复杂的，因为当大脑细胞的结构明显受到影响时，已经太晚了。相反，更微妙的线索必须被发现，比如细胞新陈代谢的变化——维持它们的化学反应，为它们提供能量和物质。的变化葡萄糖代谢的特定部分大脑例如，可以为阿尔茨海默氏症的发作提供早期预警。
如今，NanoSIMS让研究人员可以研究将标记的原子合并到固体结构中，但梅博姆想要更进一步。“我们正在努力扩展NanoSIMS的能力，使其能够处理冰冻样本，为我们提供一种可视化可溶性化合物的方法。使用这样的CryoNanoSIMS，我们不仅能够看到特定化合物被整合到构成细胞的蛋白质中的位置，而且还能够追踪它们溶解的代谢物前体，”他说。
