3 d超分辨率毫微秒示波器用于识别淀粉样斑块

最近的研究表明,40%的美国人85岁以上的老年痴呆症,和这种疾病开始的10到20年之前,人们出现在医生办公室和记忆问题。

了解阿尔茨海默病的一个主要问题是无法清楚地看到疾病开始的原因。超分辨率的“毫微秒示波器”由普渡大学的研究人员现在提供了一个3 d视图的大脑分子更详细的10倍。这种成像技术可以帮助揭示疾病的进展和新的治疗方法可以干预。

印第安纳大学仪器帮助研究人员更好地理解斑块的结构,形成老年痴呆症患者大脑中,精确定位的特征可能损害负责。发现发表在杂志上发表自然方法。

早在阿尔茨海默氏症的发展在一个个体,蜡状沉积物称为淀粉样斑块积聚在大脑。这些集群与周围细胞,导致炎症破坏神经元并创建内存问题。

这些斑块的沉积是目前最早的可检测病变导致阿尔茨海默病的证据。

普渡大学的研究人员证明高分辨率图像背后的技术

“虽然严格意义上的研究工具在可预见的将来,这种技术允许我们看到斑块是如何组装和重新在疾病过程中,“说加里•Landreth解剖学和细胞生物学教授印第安纳大学医学院的神经科学研究所。“这给了解疾病的生物原因,这样我们就可以看看我们是否可以停止大脑的这些损害结构的形成。”

有限的决议在传统光学显微镜和脑组织的自然厚度阻止人员清楚地观察三维形态的淀粉样斑块及其与其他细胞的相互作用。

“脑组织对单分子超分辨率成像是特别具有挑战性的,因为它是高度挤满了细胞外和细胞内成分、扭曲和散射光——我们的分子信息来源,“方说黄,普渡大学的生物医学工程助理教授。“你可以形象深入组织,但图像是模糊的。”

的超分辨率毫微秒示波器,黄的研究小组已经开发了可视化细胞,细菌和病毒在精致的细节,使用“适应性光学”——变形镜,改变形状,以弥补光畸变,叫做“失常”,当光信号从单分子穿过细胞或组织结构的不同部分以不同的速度。

应对挑战的脑组织,黄的研究团队开发了新技术,调整镜子的反应样品的深度来补偿畸变引入的组织。同时,这些技术故意引入额外的像差保持位置信息由一个分子。

毫微秒示波器重建整个组织、细胞和细胞组分在一项决议6到10倍高于传统的显微镜,允许一个清晰的视图通过30-micron厚老鼠的额叶皮层的大脑部分。

研究人员用老鼠基因工程发展的斑块特征代表阿尔茨海默氏症。

普渡大学研究人员拍摄3 d单分子的超分辨率图像与阿尔茨海默病相关的淀粉样斑块在30-micron厚的部分鼠标的额叶皮质。图片来源:Fenil Patel,普渡大学

Landreth通过这些3 d重建的实验室发现淀粉样斑块就像毛团,卷入通过小纤维周围组织分支蜡质存款。

“我们现在可以看到,这是脑部损伤发生的地方。鼠标给我们确认,我们可以将这种成像技术应用于人体组织,”Landreth说。

合作已经开始工作使用毫微秒示波器观察淀粉样斑块样本中人类的大脑,以及仔细看看如何斑块与其他细胞,随着时间的推移得到改造。

“这发展对我们来说是特别重要的,因为它已经相当具有挑战性在组织实现高分辨率。我们希望这项技术将有助于进一步了解其他疾病相关的问题,比如帕金森氏症、多发性硬化症等神经系统疾病,”黄说。

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参考:

Mlodzianoski, m . J。,Cheng-Hathaway, p . J。Bemiller, s M。,麦克雷t·J。刘,S。米勒,d。,。黄,f (2018)。活跃的PSF塑造和自适应光学使体积定位显微镜通过大脑部分。自然方法。doi: 10.1038 / s41592 - 018 - 0053 - 8