Инженеры из Университета штата Юта разработали новый метод визуализации тканей мозга при помощи микротонкой хирургической иглы и света лазера.
Визуализация глубоко внутри биологических тканей, таких как головной мозг, важна для их изучения, а также для диагностики и лечения связанных с ними болезней. Ранее для этого использовалась многофотонная микроскопия, основанная на улавливании фотонов, идущих от подкрашенных специальным флуоресцентным красителем клеток. Главным недостатком этого метода было небольшая глубина проникновения в интересующий ученых и медиков объект. С помощью трехфотонной микроскопии удалось достичь максимальной глубины проникновения — до 1,2 мм. Но это оказалось малоэффективно, так как многие важные области мозга, например базальные ганглии, гиппокамп и гипоталамус, находятся глубже.
Американские исследователи разработали новый, более совершенный способ визуализации биологических тканей, который они назвали вычислительно-канюлярной микроскопией. Для этого они использовали обычную микротонкую хирургическую иглу — канюлю — диметром 0,22 мм.
Объектом исследования стал мозг трансгенной мыши возрастом три дня. Клетки ее микроглии экспрессировали яркий красный флуоресцентный белок тd-Tomato. Это было сделано специально, так как новый метод визуализации основан на возбуждении фотонов флуоресцентного белка лазером, свет от которого проходит сквозь канюлю. Лазерный луч светит через иглу в мозг, освещая клетки, подобно фонарику. Возбужденные таким образом фотоны из клеток мозга улавливаются специальными линзами. Затем захваченный свет проходит через специально разработанный сложный алгоритм, который собирает рассеянные световые волны в 2D- или 3D-изображение. Так ученые могут получать фото- и видеоматериалы биологических тканей.
В этом новом исследовании ученым удалось проникнуть в мозг на глубину около 2 мм. Расстояние в 0,8 мм в данном случае — большой шаг вперед. Благодаря этому удалось хорошо визуализировать микроглиальные клетки мозга мыши, рассмотрев все их характерные особенности (такие, как отсутствие выпячиваний). Новый метод визуализации тканей может вскоре найти широкое применение и в исследованиях человека.
По словам ученых, преимущество метода не только в глубине высвечивания мозга, но и в большей безопасности. «Мы утверждаем, что вычислительно-канюлярная микроскопия способна свести к минимуму повреждение тканей при исследовании глубоких областей мозга из-за ее небольшого размера. При этом достигается достаточное разрешение, широкое поле зрения и возможность быстро получать изображения. Кроме того, этот метод элегантно прост, так для него требуется только канюля и вычисления», — подвели итог своей работе исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.