Sebuah teknik baru membuat otak tikus (buram, di sebelah kiri) sepenuhnya transparan (di sebelah kanan) untuk pencitraan yang lebih mudah. Gambar oleh Kwanghun Chung dan Karl Deisseroth, Institut Kedokteran Howard Hughes / Universitas Stanford
Otak manusia adalah salah satu objek paling kompleks di alam semesta yang dikenal. Dikemas dalam hanya 3 pon daging (rata-rata) adalah kumpulan sekitar 86 miliar neuron yang saling berhubungan, membentuk jaringan rumit yang tak terhitung jumlahnya yang membentuk esensi kepribadian Anda.
Namun, otak yang diawetkan di atas meja pemeriksaan tidak menyampaikan kerumitan ini: Kelihatannya, kurang lebih, seperti tumpukan daging abu-abu, karena kita tidak dapat melihat melalui membran sel luar untuk melihat neuron individu di dalamnya.
Masalah ini adalah motivasi di balik teknik baru, mengembangkan tim Stanford yang dipimpin oleh Kwanghun Chung dan Karl Deisseroth, untuk membuat otak yang diawetkan sepenuhnya transparan ke cahaya. Dengan melakukan itu, dan kemudian menggunakan spidol kimia khusus yang menempel pada jenis sel tertentu, mereka menciptakan cara untuk melihat seluruh otak dalam semua kemegahan kompleks mereka yang saling berhubungan. Kerumitan seperti itu mudah terlihat di otak tikus yang dicitrakan di bawah ini, di mana beberapa jenis neuron telah diberi label dengan pewarna hijau florescent:
Otak tikus transparan disuntikkan dengan pewarna hijau yang menempel pada sel neuron. Gambar oleh Kwanghun Chung dan Karl Deisseroth, Institut Kedokteran Howard Hughes / Universitas Stanford
Para ilmuwan mengatakan teknik mereka, yang diumumkan dalam sebuah makalah yang diterbitkan hari ini di Nature, bekerja untuk otak manusia yang diawetkan serta otak tikus, dan dapat diterapkan pada banyak jenis organ lainnya. Metode ini memanfaatkan fakta bahwa warna organ — dan karenanya alasannya tidak jelas — sepenuhnya disebabkan oleh molekul lemak yang membentuk membran setiap sel.
Dalam otak yang hidup, molekul-molekul ini menjaga integritas struktural organ. Tetapi dalam otak yang terpelihara, mereka mengaburkan struktur internal dari pandangan. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti mengisi otak tikus percobaan dengan hidrogel - yang mengikat elemen fungsional sel (protein dan DNA) tetapi bukan molekul lemak - dan membentuk jaring seperti jeli yang menjaga struktur asli. Kemudian, mereka membersihkan molekul-molekul lemak dengan deterjen, membuat organ itu sepenuhnya transparan.
Menghasilkan otak tikus yang sepenuhnya utuh dan transparan (seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas) menciptakan segala macam peluang pencitraan yang menarik. Dengan memudarnya molekul-molekul lemak, unsur-unsur kepentingan eksperimental atau klinis (jaringan neuron atau gen, misalnya) tidak lagi dikaburkan oleh membran sel. (Dengan cara yang hampir sama, ikan zebra, dengan embrio transparannya, banyak digunakan dalam banyak bidang penelitian biologi.)
Untuk melihat aspek-aspeknya dengan jelas, para peneliti menambahkan spidol kimia berwarna yang secara khusus melekat pada jenis molekul tertentu. Setelah ini dilakukan, para ilmuwan dapat memeriksanya dengan mikroskop cahaya konvensional, atau menggabungkan beberapa gambar dari mikroskop digital untuk membuat rendering 3-D.
Sebagai pembuktian konsep, selain otak tikus, tim peneliti melakukan prosedur pada potongan kecil otak orang autis yang sudah meninggal yang telah disimpan selama 6 tahun. Dengan penanda kimia khusus, mereka dapat melacak neuron individu melintasi petak besar jaringan. Mereka juga menemukan struktur neuron seperti tangga atipikal yang juga terlihat pada otak hewan dengan gejala mirip autisme.
Jenis analisis terperinci ini sebelumnya hanya mungkin dilakukan dengan susah payah memeriksa irisan otak kecil dengan mikroskop untuk menyimpulkan gambar tiga dimensi penuh. Tetapi sekarang, interkoneksi antara berbagai bagian otak dapat dilihat pada tingkat yang lebih luas.
Fakta bahwa teknik ini bekerja pada semua jenis jaringan dapat membuka banyak jalan baru penelitian: analisis jalur molekul sinyal organ, diagnosis klinis penyakit dalam sampel biopsi, dan, tentu saja, pemeriksaan yang lebih rinci dari hubungan neuron dan jaringan yang membentuk otak manusia. Untuk lebih lanjut, tonton video di bawah ini, milik Nature Video :
