Lần đầu tiên ghi lại khoảnh khắc tế bào thần kinh 'hôn và chạy'

Bằng chiếc camera đầu tiên trên thế giới có độ phân giải cấp độ nanomet và tốc độ ghi hình ở cấp mili-giây, các nhà khoa học Trung Quốc đã ghi lại được quá trình “hôn – co lại – bỏ chạy” trong giao tiếp giữa các tế bào thần kinh.

Công nghệ kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM) tiên tiến giúp nhóm nghiên cứu “đóng băng thời gian” của quá trình truyền dẫn thần kinh, quan sát toàn bộ diễn biến động học của túi synap – những túi nhỏ li ti có màng bao trong tế bào thần kinh, chứa các chất dẫn truyền thần kinh.

Sơ đồ quá trình tế bào thần kinh "hôn" rồi "bỏ chạy".

Phát hiện này không chỉ là một bước đột phá công nghệ, mà còn giải quyết một vấn đề tranh cãi khoa học kéo dài suốt nửa thế kỷ trong giới thần kinh học.

Công trình do nhóm các nhà sinh học công tác tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) và Viện Công nghệ tiên tiến Thâm Quyến thực hiện vừa được đăng trên tạp chí Science.

Hoạt động của bộ não con người phụ thuộc vào sự truyền tín hiệu chính xác và hiệu quả giữa hàng trăm tỷ tế bào thần kinh. Các tín hiệu này được chuyển qua những túi synap cực nhỏ.

Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học vẫn bối rối trước câu hỏi: làm thế nào các túi synap giải phóng chất dẫn truyền thần kinh? Vấn đề nằm ở chỗ: quá trình này diễn ra chỉ trong vài phần nghìn giây, trong khi sự thay đổi cấu trúc xảy ra ở quy mô nanomet, và những kỹ thuật từ trước đến nay không thể ghi lại hiện tượng này.

Để giải quyết thách thức đó, nhóm nghiên cứu USTC hợp tác với nhiều tổ chức trong và ngoài nước để phát triển cryo-EM thế hệ mới.

Sau 15 năm miệt mài, họ đã tạo ra kính hiển vi điện tử lạnh theo thời gian, có khả năng chụp lại tức thời quá trình giải phóng túi synap ở quy mô chưa từng thấy, về cả thời gian và không gian.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng trong 4 mili-giây đầu tiên, túi synap hình thành túi hợp nhất rộng khoảng 4 nanomet – gọi là giai đoạn “hôn”.

Sau đó, nó co lại còn một nửa diện tích bề mặt ban đầu – gọi là giai đoạn “co”. Đến 70 mili-giây tiếp theo, phần lớn túi được tái chế qua cơ chế “bỏ chạy”, còn lại một số hợp nhất hoàn toàn với màng tế bào.

USTC cho biết phát hiện này “mở ra góc nhìn mới giúp hiểu sâu hơn về quá trình xử lý thông tin thần kinh, các chức năng và cơ chế bệnh lý của não bộ”.

USTC cũng nhấn mạnh rằng công nghệ mới này có thể ứng dụng trong nghiên cứu nhiều quá trình nội bào diễn ra cực nhanh, chẳng hạn như sự xâm nhập của virus hoặc quá trình tiết của tế bào, mở ra kỷ nguyên quan sát sự sống ở cấp độ vi mô.

Bình Giang