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 учёных 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.
Канюли. Фото: Dr. Henning Krämer / commons.wikimedia.org
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. Возбуждённые 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 учёные могут получать фото и видеоматериалы биологических тканей.
В этом новом исследовании учёным 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 их все характерные особенности (такие, как отсутствие выпячиваний). Новый метод визуализации тканей может вскоре найти широкое применение и в исследованиях человека.
Снимок клеток мозга
(из пресс-релиза
University of Utah engineers
can take pictures of the brain with surgical needle and laser light) – ВМ.
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 её небольшого размера. При этом достигается достаточное разрешение, широкое поле зрение 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 (Kim et al., Deep-brain imaging via epi-fluorescence Computational Cannula Microscopy).
