新熒光顯微技術(shù)能為大腦深度成像 有助于研究大腦運(yùn)行機(jī)制

來(lái)自瑞士蘇黎世大學(xué)和蘇黎世理工大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種稱為漫反射光學(xué)定位成像(DOLI)的新技術(shù)，利用它可以高分辨率、無(wú)創(chuàng)觀察活體小鼠大腦深部的微血管。該技術(shù)具有卓越的分辨率，可看到深層組織，為觀察大腦功能提供了強(qiáng)大的光學(xué)工具，在研究神經(jīng)活動(dòng)、微循環(huán)、神經(jīng)血管耦合和神經(jīng)退化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)研究發(fā)表在近日的美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊《光學(xué)》上。

這種技術(shù)利用了1000—1700納米之間的第二近紅外(NIR-Ⅱ)光譜，這一范圍光譜的散射較少，可使顯微熒光成像的深度達(dá)到光擴(kuò)散深度極限的4倍。

在各種疾病的動(dòng)物模型中，熒光顯微鏡經(jīng)常被用來(lái)對(duì)大腦的分子和細(xì)胞細(xì)節(jié)進(jìn)行成像。但此前，由于皮膚和顱骨的強(qiáng)烈光散射影響，熒光顯微鏡僅限于小體積和高度侵入性的操作。此次研究首次表明，3D熒光顯微鏡可幫助科學(xué)家以非侵入性方式，高分辨率地觀察成年小鼠大腦。該顯微鏡有效覆蓋了大約1厘米的視野。

研究人員首先在模仿人體平均大腦組織特性的組織合成模型中測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)，證明他們可以在光學(xué)不透明的組織中獲得最深達(dá)4毫米的顯微分辨率圖像。然后，他們?cè)诨钚∈笊砩蠝y(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)。他們給活小鼠靜脈注射了熒光微滴，追蹤這些流動(dòng)的熒光微滴可以重建小鼠大腦深部微血管的高分辨率圖。觀察發(fā)現(xiàn)，借助DOLI技術(shù)可以完全無(wú)創(chuàng)地觀察到腦微血管以及血流的速度和方向。

研究人員表示，這種方法消除了背景光散射，并可在頭皮和頭骨完好無(wú)損的情況下進(jìn)行。他們還觀察到相機(jī)記錄的斑點(diǎn)大小與微滴在大腦中的深度有很大的關(guān)系，這使大腦深度分辨成像成為可能。

“在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)深部活體組織的高分辨率光學(xué)觀測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)。”研究小組組長(zhǎng)丹尼爾·拉贊斯基說(shuō)。

現(xiàn)在，研究人員正在努力優(yōu)化DOLI技術(shù)，以提高其分辨率。他們還在開(kāi)發(fā)改進(jìn)的熒光劑，這些熒光劑更小、熒光強(qiáng)度更高，且在體內(nèi)更穩(wěn)定，這將大大提高該技術(shù)在清晰度和成像深度方面的性能。

總編輯圈點(diǎn)：

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)日新月異的今天，大腦依然是急需深度探索的前沿疆界。關(guān)于大腦內(nèi)部的具體運(yùn)行機(jī)制，仍有無(wú)數(shù)待解之謎。俗話說(shuō)，工欲善其事，必先利其器。要搞清楚大腦的各種深層奧秘，各種先進(jìn)的方法和工具必不可少。這就是最新研究成果的重要意義所在。(張佳欣)