Three-Photon显微镜提高生物成像

康奈尔大学研究人员演示了一种新的方式将高分辨率,大脑的三维图像的内部运作三个方面改善的深度限制多光子显微镜,荧光技术成像技术与康奈尔的根源。

1月20日发表在《自然光子学》杂志上,资深作者克里斯•徐应用和工程物理系副教授,和他的同事们展示了高分辨率,皮层下的3 d成像区域的生活,完整的老鼠的大脑。

他们打破了标准的双光子显微镜的基本深度限制,这是一个广泛使用的成像技术发明于1990年瓦特韦伯和“康奈尔大学的德克。徐和韦伯three-photon荧光成像技术在徐韦伯研究生的实验室在1995年,但它的优势没有充分肯定,徐说。

新论文描述了three-photon荧光,再加上较长的激发波长的激光脉冲,来克服这些障碍组织散射和吸收,而禁止高分辨率成像深处生物组织。新论文表明three-photon显微镜是一个更好的技术在深层组织成像的背景下,进行多光子荧光显微法真正“多光子”。

使用小鼠模型,研究人员已经证明的原则three-photon显微镜操作的波长1700纳米。这一点,结合新的three-photon激发激光专门创建的,允许研究人员进行高分辨率成像在老鼠大脑的神经元在前所未有的深度。

推动这些深度限制是很重要的基础科学,最终可能被证明有用的临床,徐说。抑郁症和帕金森氏症和老年痴呆症等疾病与大脑深处变化相关联,并找到治疗可以帮助下皮层下神经成像——也就是说,下面的大脑灰质和白质,如果大脑是可视化为堆叠层。

“大脑映射可能是所谓的大挑战在未来十年内,”徐说。核磁共振成像,我们可以看到整个大脑而不是解决我们演示了。光学分辨率大约是100到1000倍,让我们清楚地观察单个神经元。”

在老鼠模型中,研究人员使用染料和转基因老鼠来测试他们的多光子显微镜在不同的荧光信号,证明自己的概念。如果three-photon显微镜可用于地图整个老鼠大脑,它可能最终帮助揭示人类大脑和铺平了道路的功能在神经科学和其它临床相关领域的突破,徐说。

论文的第一作者研究生尼古拉斯·霍顿和Demirhan Kobat和研究助理柯Wang,从弗兰克的实验室包括贡献智慧,应用和工程物理系教授,曾帮助激光光学;生物医学工程副教授,克里斯·谢弗教授应用物理学家如何体内小鼠大脑成像。