新技术同行深入大脑比以往任何时候都

研究人员已经开发出一种新技术,它允许显微荧光成像技术在四倍深度限制由光的漫射。荧光显微法通常用于分子和细胞图像细节的大脑在各种疾病的动物模型,但直到现在,一直局限于小体积和高度侵入性治疗,由于强烈的光散射的皮肤和头骨。

“可视化生物动力学在一个平静的环境中,在一个活的有机体,是至关重要的对于理解生物体的复杂生物学和疾病的进展,”研究小组的领导人丹尼尔Razansky说苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院在瑞士。“我们的研究是第一次三维荧光显微镜进行完全无创在成年小鼠大脑的毛细血管水平分辨率,有效覆盖约1厘米的视野。”

在视神经节光学学会(阻塞性睡眠呼吸暂停综合症)高影响研究》杂志上,研究人员描述他们的新技术,它被称为漫射光成像定位(抱洋娃娃)。它利用被称为第二近红外光谱窗口(NIR-II)从1000年到1700纳米,展品少散射。

“启用高分辨率光学观测深陷生活组织代表生物医学成像领域的一个长期目标,“Razansky说。“深层抱洋娃娃的分辨率光学观测可以提供大脑功能的见解,成为一个有前途的平台为研究神经活动、微循环、神经与血管的耦合和神经退行性变的。”

实现更大的深度

为新技术,研究人员通过静脉注射与荧光microdroplets住鼠标,创建一个稀疏分布在血液中的浓度。跟踪这些流动目标使重建高分辨率的地图深脑微脉管系统的老鼠的大脑。

”法消除背景光散射和头皮和颅骨完好无损,执行“Razansky说。“有趣的是,我们也观察到强依赖的光斑大小的摄像头记录下来了大脑中的microdroplet的深度,使depth-resolved成像。”

新方法得益于最近引入高效的基于InGaAs短波红外摄像机传感器。小说的另一个关键构件是使用造影剂在NIR-II窗口中表现出强烈的荧光反应,如铅硫化物(PbS)的量子点。

清晰和明确的成像

研究者们首先测试了新技术在合成模型的组织被称为组织幻影模仿平均脑组织属性,证明他们可以获得显微分辨率图像深度可达4毫米的光学不透明的组织。然后执行抱洋娃娃在老鼠的脑微血管血流速度和方向可以可视化完全无创。

研究人员正在努力优化精度在所有三个维度来改善抱洋娃娃的决议。他们也在开发改善小荧光剂,具有较强的荧光强度,更稳定在活的有机体内。这将极大地提高抱洋娃娃的性能的可实现的信号噪声和成像深度。

“我们预计抱洋娃娃将会成为一个强大的生物荧光成像方法以前所未有的深度和分辨率政权,“Razansky说。“这将极大地提高在活的有机体内适用性的荧光显微法和层析成象技术。”

参考:

周问,周问,陈Z, et al .扩散光学定位成像的非侵入性脑深部microangiography NIR-II窗口。视视,。2021;8 (6):796 - 803。doi:10.1364 / OPTICA.420378

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