Lovende ny teknik bringer skarpere fokus på hjernens mikroskopiske detaljer

En af de største udfordringer inden for videnskab er studiet af hjernens anatomi og cellulære arkitektur. En lovende ny teknik, udviklet af forskere i Italien, Storbritannien og Tyskland, bringer nu de mikroskopiske detaljer i hjernen i skarpere fokus, selv over makroskopiske mængder.

I et papir, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturmetoder , forskerne beskriver, hvordan deres system, kaldet Rapid Autofocus via Pupil-split Image phase Detection (eller RAPID), repræsenterer et gennembrud i billeddannelsen af ​​musens hjerner.

Denne nye teknik kan få betydelige konsekvenser for neurovidenskab, muliggøre en kvantitativ analyse af den hjerneomfattende arkitektur på subcellulært niveau.

Dr. Ludovico Silvestri, første forfatter af undersøgelsen og forsker i fysik af stof ved universitetet i Firenze i Italien, sagde:"Manglen på instrumenter, der er i stand til at analysere store mængder ved høj opløsning, har begrænset vores undersøgelser af hjerneomfattende struktur til en grov, lav opløsning.

"Den aktuelt anvendte metode til lysarkmikroskopi kombineret med kemiske protokoller, der kan gøre biologiske væv gennemsigtige, undlader at opretholde høj opløsning i prøver større end et par hundrede mikrometer. "

Dr. Leonardo Sacconi, fra National Institute of Optics of the National Research Council (CNR-INO), medforfatter af papiret, tilføjede:"Ud over disse dimensioner, det biologiske væv begynder at opføre sig som en linse, forstyrre justeringen af ​​mikroskopet og følgelig gøre billederne slørede. "

Med RAPID, forskerne foreslår en ny autofokuseringsteknologi, der er kompatibel med lysarkmikroskopi, der automatisk er i stand til at korrigere de fejljusteringer, som selve prøven indførte i realtid. I kubikcentimeter, ryddet prøver, såsom intakte mushjerner, autofokus fjerner billedforringelse for at muliggøre forbedrede kvantitative analyser.

Den nye metode er inspireret af de optiske autofokussystemer, der findes i refleks -kameraer, hvor et sæt prismer og linser forvandler billedets sløring til en sidebevægelse. Dette gør det muligt at justere mikroskopets justering i realtid, producere skarpere, mere detaljerede billeder.

Dr. Caroline Müllenbroich, en Marie Skłodowska Curie-stipendiat og foredragsholder ved University of Glasgows School of Physics and Astronomy er medforfatter af papiret. Dr. Müllenbroich bidrog til design og implementering af mikroskopet og autofokuseringssystemet.

Dr. Müllenbroich sagde:"Mens vi oprindeligt opfandt RAPID til lysarkmikroskopi, denne autofokuseringsteknologi er faktisk velegnet til alle vidfeltmikroskopiteknikker. Det er meget alsidigt og eksemplarisk agnostiker med flere applikationer ud over neurovidenskab. "

Den høje opløsning garanteret af RAPID - som også er genstand for et internationalt patent ejet af Unifi, det europæiske laboratorium for ikke-lineær spektroskopi (LENS) og CNR-har gjort det muligt for forskere at undersøge på en helhjerne skala problemer, der tidligere kun blev analyseret i små, lokalområder.

For eksempel, den rumlige fordeling af en bestemt type neuroner - som udtrykker somatostatin - er blevet undersøgt, viser, hvordan disse celler har en tendens til at organisere sig i rumlige klynger, der mistænkes for at gøre deres hæmmende virkning mere effektiv.

En anden applikation vedrører microglia, et sæt celler med forskellige funktioner (fra respons på patogener til regulering af neuronal plasticitet), hvis form ændrer sig efter den rolle, de spiller. Analysen af ​​mikroglia udført med RAPID afslørede betydelige forskelle mellem forskellige hjerneområder, baner vejen for nye undersøgelser af denne cellepopulations rolle.

Holdets papir, med titlen "Universal autofokus til kvantitativ volumetrisk mikroskopi af hele musens hjerner, "er udgivet i Nature Methods.