Ultrakompakte hovedmonterede fluorescensmikroskoper til neurovidenskabelige studier

Forskningsgrupper ledet af Prof. Bi Guoqiang, University of Science and Technology of China (USTC), og Prof. Zhou Pengcheng fra Shenzhen Institutes of Advanced Technology ved Chinese Academy of Chinese foreslog et design til ultrakompakte hovedmonterede fluorescensmikroskoper, som blev anvendt til neuroobservationer. Undersøgelsen blev offentliggjort i National Science Review .

Hovedmonterede mikroskoper anvendes til kalciumbilleddannelse hos frit opførte dyr. Plads- og vægtbegrænsninger er dog stadig en barriere. I denne undersøgelse foreslog forskere et Tightly Integrated Neuronal Imaging-mikroskop (TINIscope) med optimeret optisk, elektronisk og mekanisk design. Med en vægt på 0,43 g er TINIscope det letteste blandt de nuværende hovedmonterede mikroskoper. På grund af dets kompakthed er TINIscope i stand til multi-regional calcium-billeddannelse.

I stedet for at bruge en serialiseringschip transmitterer billedsensoren direkte serialiserede data og skærer dermed meget af størrelsen. Nogle andre komponenter blev også skåret, med kun væsentlige dele tilbage. Den krympede sensor tillod et optimeret belysningsdesign for at reducere afstanden mellem optiske komponenter yderligere.

TINIscope anvendte et nyt design med placeringen af ​​CMOS-sensoren på siden og LED-excitation på toppen. Med dikroiske spejle anvendt til at reflektere emissionsfluorescens til sensorer, kunne flere TINIscopes roteres for at fordele deres sensorer rumligt. Derfor blev multi-region imaging nået. Endelig blev der udviklet en kommutator for at forhindre sammenfiltring forårsaget af musens bevægelse.

I eksperimentet blev det calciumfølsomme fluorescerende protein GCaMP6s påført, og hver af de fire hippocampale subregioner af en mus blev implanteret med en GRIN-linse. Udstyret i TINIscope viste sig ikke at have nogen indlysende indflydelse på musenes adfærd.

En T-labyrint-test og en modificeret open-field arena-test blev derefter udført, og gensidig informationsanalyse blev brugt til at identificere neuroner, der udviser rumlig tuning. Resultaterne viste, at de registrerede regioner alle indeholdt rumligt indstillede neuroner med en andel på ca. 20 %.

Ved at drage fordel af TINIscopes kompakthed kunne andre moduler kombineres for at nå multimodale eksperimenter. Forskere integrerede TINIscope med optogenetisk stimulation og elektrisk stimulation og registrerede de neuroner, der reagerede på stimuleringer.

Calcium-billeddannelse i forbindelse med elektrodeoptagelser i samme hjerneregion blev også udført, som var i stand til at detektere distinkte bølgeformer, der forplantede sig i hippocampus, såsom krusninger med skarpe bølger.

Flere oplysninger: Feng Xue et al, Calcium-billeddannelse i flere regioner i frit opførende mus med ultrakompakte hovedmonterede fluorescensmikroskoper, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad294

Leveret af University of Science and Technology i Kina