Учёные представили крупный шаг в понимании химии мозга: впервые создана подробная карта распределения липидов по мозгу мышей. Исследование подчёркивает, что липиды выполняют важные функции не только в мембранах нейронов и изоляции миелина, но и в межклеточной коммуникации. Эта работа дополняет более привычное изучение клеток, генов и белков и показывает, что липиды занимают фундаментальное место в биологии мозга; изменения в липидном составе теперь связывают с условиями от депрессии до болезни Альцгеймера.

Для создания Lipid Brain Atlas команда под руководством Гвидо Д’Анжело, Лукаса Фузара Басcини и Джоэле Ла Мано использовала масс-спектрометрию Imaging, чтобы на небольших срезах мозга определить, какие липиды присутствуют и где они находятся. Лазер сканировал каждый срез, формируя детализированное изображение липидного ландшафта. В работу было вовлечено 11 мышей, изучено 172 липида в 109 мозговых срезах, что дало около 7 миллионов измерений и привело к 3D-реконструкции с применением машинного обучения, созданного специально для проекта.

Результатом стала карта, выделившая 539 химически отличительных территорий, которые учёные назвали «липизонами». Каждый липизон имеет характерное сочетание липидов, образующее узнаваемую химическую подпись. Во многих зонах совпадают известные мозговые структуры и типы клеток, но и обнаружены связи между группами нейронов и отдалёнными регионами, которые ранее было трудно увидеть на картах, основанных на активности генов. Этот подход позволяет считывать мозг по химическим адресам, аналогично почтовым индексам.

Авторы подчёркивают, что липидная карта позволяет увидеть особенности организации мозга, не замечаемые на уровне анатомии или генетики. Например, внутри белого вещества, отвечающего за соединение различных областей мозга, обнаружены многочисленные уникальные липидные зоны, что говорит о большем химическом разнообразии, чем ожидалось. По словам Лука Фузара Басини, клетки, образующие миелин, оказываются значительно более разнообразными по химии, чем следовало бы исходя только из генов.

Помимо базовой карты, исследователи нашли ранее невиданные химические границы в зрительном сплетении мозговых оболочек и в тканях, выстилающих внутренние полости мозга, что подчёркивает потенциал липидного картирования для выявления важных структурных особенностей мозга, не доступных через анатомические или генетические данные. Авторы считают, что комбинирование липидной информации с существующими картами генов и клеток позволяет получить более полное понимание организации мозга и его химии во времени.

Помощь в понимании изменений мозга во время беременности стала одной из дополнительных важных тем исследования. У pregnant-мышей обнаружились устойчивые сдвиги липидного состава во многих районах мозга, которые оказались более выраженными, чем различия между полами. Особенно сильно изменилась кора, а уровни галактозилин клиерамида, важной составляющей миелина, резко выросли в белом веществе. Эти результаты позволяют предположить, что беременность приводит к переработке связей мозга в ответ на изменяющиеся потребности организма, что выражается в перестройке липидной карты.

Доступность Lipid Brain Atlas онлайн обеспечивает свободный доступ учёным по всему миру к этому ранее труднодоступному разделу мозговой биологии. Комбинация липидной информации с существующими картами генов и клеток позволяет лучше понять, как мозг устроен и как его химия меняется со временем. Авторы также отмечают, что карта служит детальным ориентиром для здоровой мышиной мозговой ткани и может помочь исследователям изучать, как нарушения в распределении липидов способствуют развитию мозговых заболеваний и старению. Однако прямого применения к человеческому мозгу карта не имеет, но метод может помочь найти аналогичные закономерности у людей.