DEEPscope, innowacyjny mikroskop firmy Cornell, umożliwia niespotykane dotąd obrazowanie mózgu w głębokim i szerokim polu widzenia, rejestrując aktywność neuronową z niezrównaną przejrzystością i skalą.
Naukowcy z Cornell opracowali zaawansowaną technologię obrazowania, która umożliwia bezprecedensową wizualizację aktywności mózgu w głębokim i szerokim polu w rozdzielczości pojedynczej komórki. Ten innowacyjny mikroskop, nazwany DEEPscope, łączy w sobie techniki mikroskopii dwufotonowej i trójfotonowej, aby uchwycić aktywność neuronową na dużą skalę i szczegóły strukturalne, które wcześniej były poza zasięgiem.
Tradycyjna mikroskopia wielofotonowa, będąca podstawą obrazowania głębokich tkanek, napotyka znaczne ograniczenia w zakresie głębokości obrazowania i pola widzenia, szczególnie w przypadku silnie rozproszonych tkanek biologicznych, takich jak mózg.
Aby zapobiec uszkodzeniom termicznym, głębokość obrazowania jest zwykle zwiększana kosztem wykładniczo kurczącego się pola widzenia, co utrudnia obserwację wielkoskalowych sieci neuronowych. DEEPscope rozwiązuje te ograniczenia, integrując zestaw nowatorskich technik, umożliwiając naukowcom wizualizację rozległych obszarów mózgu na niespotykanych dotąd głębokościach.
Kluczowe innowacje DEEPscope
Kluczem do tego postępu jest adaptacyjny system wzbudzenia DEEPscope i wieloogniskowy schemat skanowania wielokątnego, które umożliwiają wydajne generowanie fluorescencji na potrzeby obrazowania o dużym polu widzenia.
Te innowacje umożliwiają uzyskanie obrazu o wysokiej rozdzielczości w formacie 3,23 x 3,23 mm2 pole o szybkości obrazowania wystarczającej do uchwycenia aktywności neuronów w najgłębszych warstwach korowych mózgu myszy. Możliwość jednoczesnego obrazowania dwu- i trójfotonowego jeszcze bardziej zwiększa wszechstronność systemu, umożliwiając szczegółowe badanie zarówno płytkich, jak i głębokich obszarów.
W swoim badaniu naukowcy zademonstrowali zdolność DEEPscope do obrazowania całych kolumn korowych i struktur podkorowych z rozdzielczością pojedynczych komórek. Z powodzeniem zarejestrowali aktywność neuronów w głębokich obszarach mózgu transgenicznych myszy, obserwując ponad 4500 neuronów zarówno w płytkich, jak i głębokich warstwach korowych. Co więcej, DEEPscope umożliwił obrazowanie całego mózgu dorosłego danio pręgowanego, rejestrując szczegóły strukturalne na głębokościach większych niż 1 mm i w polu szerszym niż 3 mm, co było pierwszym w dziedzinie neurologii.
Implikacje dla neuronauki i nie tylko
„DEEPscope stanowi znaczący postęp w technologii obrazowania mózgu” – powiedział Aaron Mok, główny autor badania. „Po raz pierwszy możemy wizualizować złożone obwody nerwowe u żywych zwierząt na tak dużą skalę i na tak dużą głębokość, zapewniając wgląd w funkcjonowanie mózgu i potencjalnie otwierając nowe możliwości badań neurologicznych”.
Zademonstrowane techniki można łatwo zintegrować z istniejącymi mikroskopami wielofotonowymi, dzięki czemu będą one dostępne do szerokiego zastosowania w neurologii i innych dziedzinach wymagających obrazowania głębokich tkanek. Pokonując wcześniejsze ograniczenia, DEEPscope ustanawia nowy standard w zakresie głębokiego obrazowania żywych tkanek w dużym polu i wysokiej rozdzielczości, obiecując pogłębienie naszej wiedzy na temat skomplikowanych sieci mózgu i ich roli w zdrowiu i chorobie.
Odniesienie: „Dwu- i trójfotonowy mikroskop o dużym polu widzenia i rozdzielczości pojedynczej komórki do głębokiego i szerokiego obrazowania” autorstwa Aarona T. Moka, Tianyu Wanga, Shitong Zhao, Kristine E. Kolkman, Danni Wu, Dimitre G. Ouzounov, Changwoo Seo, Chunyan Wu, Joseph R. Fetcho i Chris Xu, 32 października 2024 r., eŚwiatło.
DOI: 10.1186/s43593-024-00076-4
