Хайдельберг, Германия, 4 октября 2021 г. - Метод, разработанный группой Prevedel в Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), позволяет нейробиологам наблюдать живые нейроны глубоко внутри мозга или любые другие клетки, скрытые в непрозрачной ткани. Метод основан на трехфотонной микроскопии и адаптивной оптике.

Этот метод увеличивает способность ученых наблюдать астроциты, вырабатывающие кальций, колеблющиеся в глубоких слоях коры, и визуализировать любые другие нервные клетки в гиппокампе, области мозга, ответственной за пространственную память и навигацию. Это явление регулярно происходит в мозгу всех живых млекопитающих. Лина Штрайх из Prevedel Group и ее сотрудники смогли использовать эту технику, чтобы запечатлеть мельчайшие детали этих универсальных ячеек с беспрецедентно высоким разрешением.
Деформируемое зеркало, используемое в микроскопии для фокусировки света в живых тканях. Предоставлено Изабель Ромеро Кальво, EMBL.
Деформируемое зеркало, используемое в микроскопии для фокусировки света в живых тканях. Команда EMBL объединила адаптивную оптику и трехфотонную микроскопию для поддержки способности медицинского персонала получать изображения глубоко в гиппокампе. Предоставлено Изабель Ромеро Кальво, EMBL.

В неврологии ткани головного мозга обычно наблюдаются в небольших модельных организмах или в образцах ex vivo, которые необходимо разрезать для наблюдения - и то, и другое представляет собой нефизиологические условия. Нормальная активность клеток головного мозга имеет место только у живых животных. «Мозг мыши, однако, представляет собой очень рассеивающую ткань», - сказал Роберт Преведел. «В этом мозге свет не может быть очень легко сфокусирован, потому что он взаимодействует с клеточными компонентами», - сказал он. «Это ограничивает то, насколько глубоко вы можете создать четкое изображение, и очень затрудняет фокусировку на небольших структурах глубоко внутри мозга с помощью традиционных методов.

«При использовании традиционных методов флуоресцентной микроскопии мозга молекула флуоресценции каждый раз поглощает два фотона, и вы можете быть уверены, что возбуждение, вызванное излучением, ограничено небольшим объемом. Но чем дальше движутся фотоны, тем больше вероятность их потери из-за рассеяния ».

Один из способов преодолеть это - увеличить длину волны возбуждающих фотонов в направлении инфракрасного диапазона, что обеспечивает достаточную энергию излучения для поглощения флуорофором. Кроме того, использование трех фотонов вместо двух позволяет получать более четкие изображения глубоко внутри мозга. Однако осталась еще одна проблема: убедиться, что фотоны сфокусированы, чтобы все изображение не было размытым.