Ny mikroskopimetode når dybere ind i den levende hjerne

Forskere har udviklet en ny teknik, der tillader mikroskopisk fluorescensbilleddannelse ved fire gange den dybdegrænse, som lysdiffusion pålægger. Fluorescensmikroskopi bruges ofte til at billede molekylære og cellulære detaljer i hjernen i dyremodeller af forskellige sygdomme, men, indtil nu, har været begrænset til små mængder og meget invasive procedurer på grund af intens lysspredning af hud og kranium.

"Visualisering af biologisk dynamik i et uforstyrret miljø, dybt inde i en levende organisme, er afgørende for at forstå den komplekse biologi af levende organismer og progression af sygdomme, "sagde forskerteamleder Daniel Razansky fra Zürich Universitet og ETH Zürich, begge i Schweiz. "Vores undersøgelse repræsenterer første gang, at 3D -fluorescensmikroskopi er blevet udført fuldstændigt noninvasivt ved kapillærniveauopløsning i en voksen musehjerne, effektivt dækker et synsfelt på omkring 1 centimeter. "

I Optica , forskerne beskriver deres nye teknik, som kaldes diffus optisk lokaliseringsbilleddannelse (DOLI). Det drager fordel af det, der er kendt som det andet nær-infrarøde (NIR-II) spektralvindue fra 1000 til 1700 nanometer, som udviser mindre spredning.

"Aktivering af optiske observationer i høj opløsning i dybe levende væv repræsenterer et mangeårigt mål inden for det biomedicinske billeddannelsesfelt, "sagde Razansky." DOLIs suveræne opløsning til dybe vævs optiske observationer kan give funktionel indsigt i hjernen, gør det til en lovende platform for at studere neural aktivitet, mikrocirkulation, neurovaskulær kobling og neurodegeneration. "

Opnå større dybde

For den nye teknik, forskerne injicerer intravenøst ​​en levende mus med fluorescerende mikrodråber i en koncentration, der skaber en sparsom fordeling i blodstrømmen. Sporing af disse flydende mål muliggør rekonstruktion af et kort i høj opløsning over den dybe cerebrale mikrovaskulatur i musens hjerne.

"Metoden eliminerer spredning af baggrundslys og udføres med hovedbunden og kraniet intakt, "sagde Razansky." Interessant nok, vi observerede også en stærk afhængighed af den spotstørrelse, der blev registreret af kameraet, på mikrodråbedybden i hjernen, hvilket muliggjorde dybdeopløst billeddannelse. "

Den nye tilgang drager fordel af den nylige introduktion af meget effektive infrarøde kortbølge-kameraer baseret på InGaAs sensorer. En anden vigtig byggesten var brugen af ​​nye kontrastmidler, der udviser stærke fluorescensresponser i NIR-II-vinduet, såsom blysulfid (PbS) -baserede kvantepunkter.

Skarp og klar billeddannelse

Forskerne testede først den nye teknik i syntetiske modeller af væv kendt som vævsfantomer, der efterligner gennemsnitlige hjernevævsegenskaber, demonstrerer, at de kunne erhverve mikroskopiske opløsningsbilleder i dybder på op til 4 millimeter i optisk uigennemsigtige væv. De udførte derefter DOLI i levende mus, hvor cerebral mikrovaskulatur samt blodgennemstrømningshastighed og -retning kunne visualiseres helt ikke -invasivt.

Forskerne arbejder på at optimere præcisionen i alle tre dimensioner for at forbedre DOLIs opløsning. De udvikler også forbedrede fluorescerende midler, der er mindre, har stærkere fluorescensintensitet og er mere stabile in vivo. Dette vil øge DOLIs ydeevne betydeligt med hensyn til det opnåelige signal til støj og billeddybde.

"Vi forventer, at DOLI vil fremstå som en kraftfuld tilgang til fluorescensbilleddannelse af levende organismer ved tidligere utilgængelige dybde- og opløsningsregimer, "sagde Razansky." Dette vil i høj grad øge anvendeligheden af ​​fluorescensmikroskopi og tomografiteknikker in vivo. "