无创荧光显微技术能为大脑深度成像

无创荧光显微技术能为大脑深度成像

  无创荧光显微技术能为大脑深度成像

  活体小鼠大脑深处血管成像图。

  截图来源:Eurekalert网站

  科技日报北京5月30日电 (实习记者张佳欣)来自瑞士苏黎世大学和苏黎世理工大学的研究人员开发出一种称为漫反射光学定位成像(DOLI)的新技术,利用它可以高分辨率、无创观察活体小鼠大脑深部的微血管。该技术具有卓越的分辨率,可看到深层组织,为观察大脑功能提供了强大的光学工具,在研究神经活动、微循环、神经血管耦合和神经退化方面具有广阔的应用前景。相关研究发表在近日的美国光学学会期刊《光学》上。

  这种技术利用了1000—1700纳米之间的第二近红外(NIR-Ⅱ)光谱,这一范围光谱的散射较少,可使显微荧光成像的深度达到光扩散深度极限的4倍。

  在各种疾病的动物模型中,荧光显微镜经常被用来对大脑的分子和细胞细节进行成像。但此前,由于皮肤和颅骨的强烈光散射影响,荧光显微镜仅限于小体积和高度侵入性的操作。此次研究首次表明,3D荧光显微镜可帮助科学家以非侵入性方式,高分辨率地观察成年小鼠大脑。该显微镜有效覆盖了大约1厘米的视野。

  研究人员首先在模仿人体平均大脑组织特性的组织合成模型中测试了这项技术,证明他们可以在光学不透明的组织中获得最深达4毫米的显微分辨率图像。然后,他们在活小鼠身上测试了这项技术。他们给活小鼠静脉注射了荧光微滴,追踪这些流动的荧光微滴可以重建小鼠大脑深部微血管的高分辨率图。观察发现,借助DOLI技术可以完全无创地观察到脑微血管以及血流的速度和方向。

  研究人员表示,这种方法消除了背景光散射,并可在头皮和头骨完好无损的情况下进行。他们还观察到相机记录的斑点大小与微滴在大脑中的深度有很大的关系,这使大脑深度分辨成像成为可能。

  “在生物医学成像领域,实现深部活体组织的高分辨率光学观测是一个长期的目标。”研究小组组长丹尼尔·拉赞斯基说。

  现在,研究人员正在努力优化DOLI技术,以提高其分辨率。他们还在开发改进的荧光剂,这些荧光剂更小、荧光强度更高,且在体内更稳定,这将大大提高该技术在清晰度和成像深度方面的性能。

  总编辑圈点

  在现代医学和生物学日新月异的今天,大脑依然是急需深度探索的前沿疆界。关于大脑内部的具体运行机制,仍有无数待解之谜。俗话说,工欲善其事,必先利其器。要搞清楚大脑的各种深层奥秘,各种先进的方法和工具必不可少。这就是最新研究成果的重要意义所在。

【编辑:张奥林】