HEIDELBERG, Niemcy, 4 października 2021 r. — Metoda opracowana przez Grupę Prevedel w Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) umożliwia neurologom obserwację żywych neuronów głęboko w mózgu — lub dowolnej innej komórki ukrytej w nieprzezroczystej tkance. Metoda opiera się na mikroskopii trójfotonowej i optyce adaptacyjnej.

Metoda zwiększa zdolność naukowców do obserwowania astrocytów wytwarzających wapń falowany w głębokich warstwach kory oraz do wizualizacji wszelkich innych komórek nerwowych w hipokampie, regionie mózgu odpowiedzialnym za pamięć przestrzenną i nawigację. Zjawisko to ma miejsce regularnie w mózgach wszystkich żywych ssaków. Lina Streich z Prevedel Group i jej współpracownicy byli w stanie wykorzystać tę technikę do uchwycenia drobnych szczegółów tych wszechstronnych komórek w niespotykanej dotąd wysokiej rozdzielczości.
Odkształcalne lustro używane w mikroskopii do skupiania światła w żywych tkankach. Dzięki uprzejmości Isabel Romero Calvo, EMBL.
Odkształcalne lustro używane w mikroskopii do skupiania światła w żywych tkankach. Zespół EMBL połączył optykę adaptacyjną i mikroskopię trójfotonową, aby wspierać zdolność personelu medycznego do obrazowania głęboko w hipokampie. Dzięki uprzejmości Isabel Romero Calvo, EMBL.

W neuronaukach tkanki mózgowe są zwykle obserwowane w małych organizmach modelowych lub w próbkach ex vivo, które należy pokroić, aby można je było zaobserwować – oba reprezentują stany niefizjologiczne. Normalna aktywność komórek mózgowych ma miejsce tylko u żywych zwierząt. Mózg myszy jest jednak tkanką wysoce rozpraszającą, powiedział Robert Prevedel. „W tych mózgach światło nie może być bardzo łatwo skupiane, ponieważ wchodzi w interakcje z komponentami komórkowymi” – powiedział. „Ogranicza to głębokość, na jaką można wygenerować wyraźny obraz, i bardzo utrudnia skupienie się na małych strukturach głęboko w mózgu za pomocą tradycyjnych technik.

„Dzięki tradycyjnym technikom fluorescencyjnej mikroskopii mózgu cząsteczka fluorescencyjna za każdym razem absorbuje dwa fotony i możesz mieć pewność, że podniecenie wywołane promieniowaniem ogranicza się do niewielkiej objętości. Ale im dalej przemieszczają się fotony, tym bardziej prawdopodobne jest, że zostaną utracone w wyniku rozproszenia”.

Jednym ze sposobów na pokonanie tego jest zwiększenie długości fali wzbudzających fotonów w kierunku podczerwieni, co zapewnia wystarczającą ilość energii promieniowania, która może zostać pochłonięta przez fluorofor. Dodatkowo użycie trzech fotonów zamiast dwóch umożliwia uzyskanie bardziej wyrazistych obrazów w głębi mózgu. Pozostało jednak kolejne wyzwanie: dopilnować, aby fotony były skupione, aby cały obraz nie był rozmazany.