一种新的方法可以发现小胶质细胞的特征，这些特征在发育过程中以一种大脑区域特异性的方式发生变化。
根据一种揭示细胞形状细微差别的新方法，小胶质细胞具有不同的形态，这取决于它们在小鼠大脑中的位置。研究人员在数据中显示，这种形式也会随着发育而变化，并因性别而异，这可能有助于理解小胶质细胞在自闭症等疾病中的作用。
小胶质细胞是支持大脑健康发育的免疫细胞。它们被认为是大脑的园丁或管家，不断地调查周围的环境，准备好在需要修剪突触或清理细胞碎片时激活。
根据一种关于自闭症的理论，自闭症患者的微胶质细胞功能会出现问题。自闭症患者大脑中的小胶质细胞往往具有失调的基因，而自闭症模型小鼠中处于激活状态的小胶质细胞数量不成比例。但研究人员还不清楚小胶质细胞的形态与功能之间是如何联系的，也不知道它在发育过程中是如何变化的，所以很难准确评估自闭症患者的非典型特征。
位于克洛斯特纽堡的奥地利科学技术研究所生命科学助理教授Sandra Siegert说，其中一个挑战是弄清楚如何首先跟踪细胞的变化。虽然通常可以区分激活的和未激活的小胶质细胞——前者倾向于圆形，有短的附件，而非激活的细胞通常有长而细的臂，向许多方向分支——许多细胞处于中间状态。
因此，“我们不知道哪个特征是表征小胶质细胞形状的最重要的特征，”Siegert说。因此，她和同事们想出了一种方法，在数学上简化微胶质细胞的3D形状，同时保留尽可能多的信息，他们用这些信息分析了雄性和雌性小鼠处于不同发育阶段的7个大脑区域的4万多个单个细胞。
纽约曼哈塞特的范斯坦医学研究所的神经免疫学助理教授Lior Brimberg说，这种方法可以“揭示哪些回路可能涉及”自闭症等神经发育疾病。他没有参与这项工作。
Siegert说，她和她的同事们想要评估小胶质细胞在接触氯胺酮药物时如何改变形状，氯胺酮是用于麻醉实验室动物的。研究小组在之前的一项研究中发现，反复接触氯胺酮，可以使小胶质细胞从中间神经元中移除一种叫做神经周网的结构，增加神经元的突触可塑性。但是，当研究小组使用标准方法来评估可以解释功能转变的微胶质细胞形状的变化时，他们一无所获。
他们决定使用拓扑学数学领域的方法来跟踪细胞的形态。他们开发了一种算法，可以跟踪细胞分支的长度，从离细胞体最远的末端开始。在每个分支点上，软件确定最长和最短的分支。它记录较短的树枝的长度，然后继续记录较长的树枝的长度。结果的读出看起来像一个水平条形码，有一堆交错的线，表示每个分支的长度以及它与单元格上其他分支的关系。
然后，该团队将每个条形码转换为图像，并对图像池进行处理，以捕获最具信息量的尺寸。来自同一大脑区域的小胶质细胞具有相似的形态，每个细胞的结果图显示。例如，来自初级体感觉皮层的细胞相互靠近，而来自耳蜗核和小脑的细胞形成了自己的群体——这表明这种方法捕捉到了小胶质细胞形状上有意义的区域差异。该研究结果发表在9月份的《Nature Neuroscience》杂志上。
相似的形状:使用新方法分析时，来自相同大脑区域的小胶质细胞(用颜色表示)聚集在一起，这表明它们具有相似的形态。
根据对7日、15日和22日龄小鼠以及成年动物的细胞分析，小胶质细胞的形态随着发育而发生区域特异性的变化。来自成年雌性和雄性小鼠的细胞在大多数大脑区域也形成了自己独特的集群，这表明了小胶质细胞的性别差异。
当Siegert和她的同事将同样的方法应用于反复暴露于氯胺酮的小胶质细胞时，他们发现多次暴露使细胞从成熟的、未激活的形态转向了在年轻小鼠大脑中看到的激活形态。
用之前的方法，“它不是那么明显，有一些形态上的东西正在发生，”Siegert说。“但现在有了我们的策略，就有可能追踪这种形态变化。”
Brimberg说，清楚地了解小胶质细胞在自闭症动物模型中如何以及何时改变形态“将是一个巨大的优势”。
Brimberg指出，单细胞RNA测序可以区分激活和非激活的小胶质细胞，但目前尚不清楚RNA测序数据如何对应细胞形状的细微差异。她补充说，展望未来，将rna测序数据与形态学数据进行比较，以了解它们是如何重叠的，这也将是有帮助的。
Siegert说，研究人员计划继续研究小胶质细胞的形态如何预测功能——从精确定位反复接触氯胺酮后的变化，到追踪模拟老年痴呆症等疾病的小鼠大脑中的细胞形状。
她说，对于细胞分类和在不同条件下进行比较，“形态学非常重要所以这是理解的关键”。
