A szakértők elkészítették az első térképet a mitokondriumoknak nevezett létfontosságú struktúrák egész agyban való eloszlásáról, ami többek közt segíthet az életkorral összefüggő agyi rendellenességek feltárásában is. Az eredmények azt mutatják, hogy a mitokondriumok, amelyek a sejtek energiatermelő szervecskéi, típusuk és gyakoriságuk szerint eltérő mennyiségben fordulnak elő az agy különböző részein. Az evolúciósan korábbi agyi régiókban például kisebb a mitokondriumok sűrűsége, mint az újabb régiókban.

A térkép, amelyet a kutatók MitoBrainMapnak neveznek, technikailag lenyűgöző és koncepcionálisan is úttörő, mondja Valentin Riedl, az erlangeni Friedrich-Alexander Egyetem neurobiológusa, aki nem vett részt a projektben. Az agy mitokondriumai nem csak mellékszereplők. „Az agy biológiája, mint most már tudjuk, mélyen összefonódik az agy energetikájával” – mondja Martin Picard, a Columbia Egyetem pszichobiológusa, az eredményekről beszámoló tanulmány társszerzője. Az agy az emberi test energiafelhasználásának 20 százalékáért felelős.

A tanulmány szerzői egy alapvetően famegmunkáláshoz használt eszközzel 703 apró kockára szeletelték egy szívrohamban elhunyt, 54 éves donor lefagyasztott agyának egyetlen szeletét. Minden egyes kocka 3 × 3 × 3 milliméteres volt, ami összemérhető az agyról készült szabványos 3D képeket alkotó egységek méretével. „A legnagyobb kihívást az jelentette, hogy ennyire sok mintánk volt” – mondja Picard. A csapat biokémiai és molekuláris technikákat használt, hogy meghatározzák a mitokondriumok sűrűségét mind a 703 kockában. Néhány mintában a kutatók a mitokondriumok energiatermelési hatékonyságát is megbecsülték.

Hogy eredményeiket kiterjesszék egyetlen agyszeleten túlra, a szerzők kifejlesztettek egy modellt, amely megbecsüli a mitokondriumok számát és típusait az egész agyban. Modelljük ellenőrzésére a lefagyasztott agy más mintáit használták, és megállapították, hogy a modell pontosan becsülte meg azok mitokondriális összetételét.

A modell eltérést mutatott az agy különböző részeinek mitokondriális profiljában. A szerzők például azt találták, hogy az agy szürkeállománya, amely a neuronok kompakt központi struktúráiból áll, több mint 50%-kal több mitokondriumot tartalmaz, mint a fehérállomány, amely főként a neuronok hosszú, üzeneteket hordozó nyúlványaiból áll. A szürkeállományban lévő mitokondriumok ráadásul hatékonyabban termelnek energiát, mint a fehérállományban lévők. A kéreg szürkeállományában – az agy ráncos külső rétegében, amely a hüllőkből a főemlősökig vezető evolúciós úton később alakult ki – található mitokondriumok különösen hatékonyak voltak.

Egyre több bizonyíték utal arra, hogy az agy mitokondriumai bizonyos pszichiátriai betegségek és az öregedéssel összefüggő agyi betegségek korai szakaszában változásokon mennek keresztül, mondja Nathalie Rochefort, az Edinburgh-i Egyetem idegkutatója. Az új adatok lehetővé teszik a kutatók számára, hogy részletesebben tanulmányozzák a mitokondriumok változását a sérülékeny agyi régiókban, magyarázza a szakértő.

A kutatók szerint további vizsgálatokra lesz szükség ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük a mitokondriumok változatosságát az agyban és a különböző agyak között. A kutatócsoport már elkezdett egy nagyobb projektet, amelynek keretében 500 emberi agy 9 régióját térképezik fel, ami lehetővé tenné az agyi mitokondriumok összehasonlítását neurológiai, pszichiátriai és neurodegeneratív rendellenességekkel küzdő és nem küzdő egyének között is.