Ny billedbehandlingsteknik fanger skønheden i metalmærkede neuroner i 3-D

Forskere har opdaget en blændende ny metode til at visualisere neuroner, der lover at være til gavn for både neurovidenskabsmænd og cellebiologer:ved at bruge spektral konfokalmikroskopi til at afbilde væv imprægneret med sølv eller guld.

I stedet for at stole på mængden af ​​lys, der reflekteres fra metalpartikler, denne nye proces, skal præsenteres i journalen eLife , indebærer levering af lysenergi til sølv- eller guldnanopartikler aflejret på neuroner og billeddannelse af de højere energiniveauer som følge af deres vibrationer, kendt som overfladeplasmoner.

Denne teknik er særlig effektiv, da lyset, der udsendes fra metalpartikler, er modstandsdygtigt over for falmning, hvilket betyder, at årtier gamle vævsprøver opnået gennem andre processer, såsom Golgi-farvemetoden fra slutningen af ​​1880'erne, kan afbildes gentagne gange.

Den nye proces blev opnået ved at bruge spektral detektion på et Laser Scanning Confocal Microscope (LSCM), først gjort tilgængelig i slutningen af ​​1980'erne og, indtil nu, bruges mest til fluorescerende billeddannelse.

Parret med sådanne metoder, sølv- og guldbaseret cellemærkning er klar til at låse op for ny information i et utal af arkiverede prøver. Desuden, sølvimprægnerede præparater bør bevare deres høje billedkvalitet i et århundrede eller mere, giver mulighed for arkiverbarhed, der kan hjælpe med klinisk forskning og sygdomsrelaterede diagnostiske teknikker til cancer og neurologiske lidelser.

"Med henblik på medicinsk diagnostik, ældre og nyere prøver kunne sammenlignes med viden om, at signalintensiteten ville forblive nogenlunde ensartet uanset prøvens alder eller gentagen lyseksponering, " siger den bidragende forfatter Karen Mesce fra University of Minnesota.

"Med forudsigelsen om, at mikroskopiske teknikker med overlegen opløsning vil fortsætte med at udvikle sig, ældre arkiverede prøver kunne genskabes med nyere teknologier og med tillid til, at det pågældende signal blev bevaret. Progressionen eller stabiliteten af ​​en cancer eller anden sygdom kunne derfor kortlægges med nøjagtighed over lange perioder."

For at værdsætte den forbedrede billedkvalitet produceret af den nye teknik, holdet undersøgte først et konventionelt lysfeltbillede af en metalmærket neuron i en græshoppes abdominale ganglion, en type mini-hjerne, som selv i den størrelse, præsenterede ufokuserede strukturer.

De afbildede derefter den samme ganglion med den spektrale LSCM justeret til producentens traditionelle fluorescensindstillinger, resulterer kun i stærk naturlig fluorescens og en kollektiv mørk sløring i stedet for de sølvmærkede neuroner.

Imidlertid, efter opsamling af lysenergien udsendt fra vibrerende overfladeplasmoner i den spektrale LSCM, holdet opnåede spektakulære tredimensionelle computerbilleder af sølv- og guldimprægnerede neuroner. Dette rummer et enormt potentiale for at stimulere en fornyet gennemgang af arkiverede præparater, herunder Golgi-farvede og kobolt/sølv-mærkede nervesystemer.

Derudover ved at bruge en række forskellige metalbaserede cellemærkningsteknikker i kombination med de nye LSCM-protokoller, vævs- og celleprøver kan genereres og afbildes med lethed og i store tredimensionelle detaljer. Ændringer i selv små strukturelle detaljer af neuroner kan identificeres, som ofte er vigtige indikatorer for neurologisk sygdom, læring og hukommelse, og hjernens udvikling.

"Både nye og arkiverede præparater er i det væsentlige permanente, og informationen indsamlet fra dem øger de tilgængelige data til at karakterisere neuroner som individer eller som medlemmer af klasser til sammenlignende undersøgelser, føjer sig til nye neuronbanker, " siger den første forfatter Karen Thompson fra Agnes Scott College.

"Ligesom plasmonresonans kan forklare den fortsatte intensitet af de røde (forårsaget af sølv nanopartikler) og gule (guld nanopartikler) farver i århundreder gamle middelalderlige farvede glas og andre kunstværker, metal-imprægnerede neuroner vil sandsynligvis aldrig falme, hverken i de oplysninger, de giver eller i deres iboende skønhed, " tilføjer Mesce.