Революційний мікроскоп використовує звук замість світла, щоб зазирнути вглиб мозку

Мікроскоп майбутнього використовує звук для вивчення мозку – його можливості безмежні і вражаючі

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (МТІ) зробили прорив у галузі нейробіології, створивши мікроскоп нового покоління, який замість традиційного світла для побудови зображень глибоко розташованих ділянок мозку використовує звук. Ця інноваційна технологія відкриває нові можливості для вивчення роботи мозку та діагностики неврологічних захворювань.

Проблеми традиційної мікроскопії

Протягом десятиліть мікроскопія стикалася з серйозною проблемою: неможливістю отримання чіткого зображення глибоких шарів мозку без пошкодження тканин або використання спеціальних барвників, генів або хімічних речовин. Це особливо ускладнювало вивчення таких важливих областей, як гіпокамп, пов’язаний з пам’яттю і навчанням.

Трифотонна фотоакустична візуалізація: революційний підхід

Вчені з MIT запропонували принципово новий підхід, об’єднавши світло і звук для подолання цих обмежень. В основі нової технології лежить трифотонна фотоакустична візуалізація.

Принцип роботи цього методу полягає в наступному:

• Лазер посилає дуже короткі, але потужні світлові імпульси з довжиною хвилі, що втричі перевищує стандартну. Такі хвилі глибше проникають в тканину, майже не розсіюючись.
• Ці імпульси збуджують молекули всередині клітин, які на короткий час нагріваються.
• Це теплове розширення викликає утворення мікроскопічних звукових хвиль.
• Ультразвуковий датчик (дуже чутливий мікрофон) вловлює ці хвилі.
• Спеціальне програмне забезпечення перетворює дані у високоточні зображення, що відображають структуру і метаболічну активність тканин.

Цей метод дозволяє отримувати зображення без використання барвників або генетичних модифікацій, що особливо важливо при роботі з живими тканинами, включаючи мозок.

Експерименти та результати

Під час експериментів вчені успішно візуалізували метаболічну активність у церебральних органоїдах — 3D-структурах, вирощених зі стовбурових клітин людини. Вони також успішно тестували метод на зрізах мозку мишей товщиною до 0,7 мм, продемонструвавши високу роздільну здатність.

Особливу увагу було приділено молекулі NAD(P)H, ключовому показнику клітинного обміну речовин і нейронної активності. Ця молекула відіграє важливу роль у дослідженні таких станів, як хвороба Альцгеймера, синдром Ретта і судомні розлади.

Крім того, метод генерації «третьої гармоніки» (ще один фотонний ефект) дозволяє отримувати структурні зображення клітин без додаткових міток, тобто бачити форму і розташування клітин поряд з молекулярною активністю, що значно розширює можливості візуалізації.

Перспективи застосування

Об’єднуючи кілька передових методів — трифотонне збудження, безміткову візуалізацію і акустичне виявлення — дослідники створили платформу, здатну глибоко заглядати в мозок без пошкодження тканин.

У довгостроковій перспективі ця технологія може знайти застосування в:

1. нейрохірургії для навігації всередині мозку;
2. фундаментальних дослідженнях для кращого розуміння роботи мозку;
3. діагностиці захворювань, що впливають на клітинний метаболізм;
4. візуалізації в реальному часі під час операцій для відстеження активності тканин.

Новий мікроскоп, розроблений дослідниками з MIT, є проривом в області нейровізуалізації. Ця технологія відкриває нові можливості для вивчення мозку, діагностики неврологічних захворювань і проведення нейрохірургічних операцій.