هایدلبرگ ، آلمان ، اکتبر 4 ، 2021 - روشی که توسط گروه Prevedel در آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی اروپا (EMBL) توسعه یافته است به دانشمندان عصبی اجازه می دهد تا نورونهای زنده را در اعماق مغز - یا هر سلول دیگری که در بافت مات مخفی شده است ، مشاهده کنند. این روش بر اساس میکروسکوپ سه فوتونی و اپتیک تطبیقی است.
این روش توانایی دانشمندان برای مشاهده آستروسیت های تولید کننده کلسیم در لایه های عمیق قشر را افزایش می دهد و سایر سلول های عصبی را در هیپوکامپ ، ناحیه ای از مغز که مسئول حافظه و ناوبری فضایی است ، تجسم می کند. این پدیده به طور منظم در مغز همه پستانداران زنده اتفاق می افتد. لینا استرایچ از گروه Prevedel و همکارانش توانستند از این تکنیک برای ثبت جزئیات خوب این سلول های همه کاره با وضوح بالای بی سابقه استفاده کنند.
یک آینه تغییر شکل پذیر که در میکروسکوپ برای تمرکز نور در بافتهای زنده استفاده می شود. یک تیم EMBL نوری تطبیقی و میکروسکوپی سه فوتونی را برای پشتیبانی از توانایی پرسنل پزشکی در تصویربرداری در اعماق هیپوکامپ ترکیب کرد. با احترام از ایزابل رومرو کالوو ، EMBL.
در علوم اعصاب ، بافتهای مغز معمولاً در موجودات مدل کوچک یا نمونه های in vivo مشاهده می شوند که برای مشاهده نیاز به برش دارند - که هر دو نشان دهنده شرایط غیر فیزیولوژیکی هستند. فعالیت طبیعی سلولهای مغزی فقط در حیوانات زنده صورت می گیرد. به گفته روبرت پرودل ، مغز موش یک بافت بسیار پراکنده است. وی گفت: "در این مغزها ، نور نمی تواند به راحتی متمرکز شود ، زیرا با اجزای سلولی در تعامل است." "این امر می تواند تا چه اندازه عمیق باشد که می توانید یک تصویر واضح ایجاد کنید ، و تمرکز بر ساختارهای کوچک در اعماق مغز با تکنیک های سنتی را بسیار دشوار می کند.
"با تکنیک های میکروسکوپ مغزی فلورسانس سنتی ، هر بار دو فوتون توسط مولکول فلورسانس جذب می شود و می توانید مطمئن شوید که هیجان ناشی از تابش محدود به حجم کمی است. اما هرچه فوتون ها بیشتر حرکت کنند ، احتمال از بین رفتن آنها بر اثر پراکندگی بیشتر است. "
یکی از راه های غلبه بر این ، افزایش طول موج فوتون های هیجان انگیز به سمت مادون قرمز است که انرژی تابشی کافی را برای جذب توسط فلوروفور تضمین می کند. علاوه بر این ، استفاده از سه فوتون به جای دو باعث می شود تصاویر واضح تری در اعماق مغز به دست آید. با این حال ، چالش دیگری باقی ماند: اطمینان از فوکوس فوتون ها ، به طوری که کل تصویر تار نشود.
استرایچ و تیمش از اپتیک تطبیقی استفاده کردند که اغلب در نجوم استفاده می شود. اخترفیزیکدانها از آینه های تغییر شکل پذیر و با کنترل رایانه برای تصحیح اعوجاج در امواج نور ناشی از تلاطم جوی در زمان واقعی استفاده می کنند. در آزمایشگاه Prevedel ، اعوجاج ناشی از پراکندگی بافت ناهمگن است ، اگرچه اصل و فناوری بسیار مشابه هستند.
پروددل می گوید: "ما همچنین از یک آینه تغییر شکل پذیر کنترل می کنیم که قادر است جبهه های موج را بهینه کرده و اجازه دهد نور حتی در اعماق مغز متمرکز و متمرکز شود." "ما یک رویکرد سفارشی برای استفاده سریع از سلولهای زنده در مغز ایجاد کردیم."
برای کاهش تهاجم این تکنیک ، تیم همچنین تعداد اندازه گیری های مورد نیاز برای به دست آوردن تصاویر با کیفیت بالا را به حداقل رساند.
استرایچ گفت: "این اولین بار است که این تکنیک ها با هم ترکیب شده اند و به لطف آنها ، ما توانستیم عمیق ترین تصاویر زنده از نورونهای زنده را با وضوح بالا نشان دهیم."
دانشمندان که با همکاری همکاران EMBL رم و دانشگاه هایدلبرگ کار کردند ، حتی دندریت ها و آکسون هایی را که نورون های هیپوکامپ را به هم متصل می کنند ، تجسم کردند ، در حالی که مغز را کاملاً دست نخورده رها کردند.
استرایچ گفت: "این یک جهش به سوی توسعه تکنیک های پیشرفته تر غیرتهاجمی برای مطالعه بافت های زنده است."
به گفته محققان ، اگرچه این تکنیک برای استفاده روی مغز موش توسعه یافته است ، اما به راحتی برای هر بافت مات قابل استفاده است.
"علاوه بر مزیت آشکار امکان مطالعه بافت های بیولوژیکی بدون نیاز به قربانی کردن حیوانات یا برداشتن بافت پوشیده شده ، این تکنیک جدید راه را برای مطالعه طولی حیوانات ، یعنی از شروع بیماری تا انتها باز می کند." "استرایچ گفت. "این به دانشمندان ابزاری قدرتمند برای درک بهتر چگونگی توسعه بیماری ها در بافت ها و اندام ها می دهد."