El microscopio montado en la cabeza penetra más profundamente en el cerebro de los ratones
Los investigadores desarrollaron un microscopio montado en la cabeza que usa iluminación estructurada para eliminar la luz desenfocada con cortes ópticos. Esto permite obtener imágenes profundas al mismo tiempo que mejora el contraste de la imagen en el tejido disperso. Crédito: Omkar D. Supekar, Universidad de Colorado Boulder; Emily Gibson, Universidad de Colorado Anschutz Medical Campus
Los investigadores han desarrollado un microscopio en miniatura que está diseñado para obtener imágenes en 3D de alta resolución dentro de los cerebros de ratones vivos. Al obtener imágenes más profundas del cerebro de lo que antes era posible con microscopios de campo amplio en miniatura, el nuevo microscopio liviano podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funcionan las células y los circuitos cerebrales.
«Con un mayor desarrollo, nuestro microscopio podrá obtener imágenes de la actividad neuronal a lo largo del tiempo mientras un animal se encuentra en un entorno natural o realizando diferentes tareas», dijo el autor principal Omkar Supekar de la Universidad de Colorado Boulder. «Demostramos que se puede utilizar para estudiar células que desempeñan un papel importante en trastornos neurológicos como la esclerosis múltiple».
En la revista Biomedical Optics Express, los investigadores describen su nuevo SIMscope3D, cuyas imágenes emitidas por fluorescencia de tejido o etiquetas fluorescentes después de que la muestra se expone a ciertas longitudes de onda de luz. El nuevo dispositivo es el primer microscopio en miniatura que usa iluminación estructurada para eliminar la luz desenfocada y dispersa, lo que permitió obtener imágenes de hasta 260 micrones en tejido cerebral fijo con una fuente de luz LED.
«En desarrollo Los nuevos tratamientos para los trastornos neurológicos requieren comprender el cerebro a nivel celular y de circuito», dijo la líder del equipo de investigación, Emily Gibson, del campus médico de la Universidad de Colorado Anschutz. «Las nuevas herramientas de imágenes ópticas, en particular aquellas que pueden obtener imágenes profundas del tejido cerebral como el microscopio que desarrolló nuestro equipo, son importantes para lograr este objetivo».
Ver más profundo
Los microscopios montados en la cabeza se utilizan para obtener imágenes cerebros de pequeños roedores a través de ventanas transparentes implantados en sus cráneos. Los investigadores han desarrollado previamente microscopios de fluorescencia de campo amplio montados en la cabeza, pero la luz dispersada por el tejido impide obtener imágenes en las profundidades del cerebro. Los microscopios de dos fotones en miniatura pueden superar este inconveniente al eliminar la luz desenfocada en cada proceso de vuelo focal conocido como corte óptico, pero generalmente requieren láseres pulsados costosos y componentes mecánicos de escaneo complejos.
Los investigadores usaron el microscopio en miniatura para obtener imágenes. a 260 micras en tejido cerebral fijo. Crédito: Omkar D. Supekar, Universidad de Colorado Boulder; Emily Gibson, Campus Médico de la Universidad de Colorado Anschutz
Para diseñar el nuevo microscopio, Andrew Sias, Sean Hansen, Gabriel Martinez y Emily Gibson del Departamento de Bioingeniería del Campus Médico de la Universidad de Colorado Anschutz; Douglas Shepherd del Departamento de Física de la Universidad Estatal de Arizona; Omkar Supekar y Juliet Gopinath del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética, y Victor Bright del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Colorado Boulder colaboraron estrechamente con los neurocientíficos Graham Peet, Diego Restrepo y Ethan Hughes del Departamento de Tecnología Celular y del Desarrollo. Biología y Xiaoyu Peng y Cristin Welle del Departamento de Fisiología y Biofísica del Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado para optimizarlo para estudiar el cerebro.
Las imágenes volumétricas se logran mediante el uso de una fibra de imágenes para generar patrones espaciales luz al objetivo del microscopio en miniatura. Este proceso también elimina la luz desenfocada, lo que permite un corte óptico similar al logrado con enfoques de dos fotones pero sin los componentes complejos o el costoso láser.
El microscopio incluye una lente electrohumectante sintonizable compacta que permite la visualización en 3D. visualización de estructuras cerebrales cambiando la profundidad focal del microscopio sin necesidad de piezas móviles. Los investigadores también integraron una cámara CMOS directamente en el microscopio. Esto permite obtener imágenes con alta resolución lateral al tiempo que evita los artefactos que podrían inducirse si las imágenes viajaran a través del haz de fibras. Usando una fuente de luz LED, el nuevo microscopio puede producir un contraste nítido incluso cuando se toman imágenes profundas en tejido altamente disperso.
Captura de células gliales
Los investigadores demostraron su nuevo sistema mediante imágenes de oligodendrocitos y microglia. marcado con una proteína fluorescente en ratones que estaban despiertos pero colocados en un dispositivo que mantenía la cabeza estacionaria. En las personas con esclerosis múltiple, se destruyen los oligodendrocitos que forman una capa aislante alrededor de los axones. Esto hace que las conexiones en el cerebro se vuelvan más lentas, lo que provoca un deterioro de la visión, las habilidades motoras y otros problemas.
«Usamos nuestro microscopio en miniatura para registrar una serie temporal de la dinámica de las células gliales en ratones despiertos a profundidades hasta 120 micrones en el cerebro», dijo Supekar. «Los científicos no entienden exactamente cómo funcionan estas células o sus procesos de reparación. Nuestro microscopio abre la posibilidad de estudios a largo plazo que examinen cómo migran y se reparan estas células».
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la velocidad de adquisición y el peso del microscopio. Con mejoras menores, el microscopio podrá generar imágenes dinámicas más rápidas, como la actividad eléctrica neuronal, mientras que el mouse realiza diferentes tareas. Los investigadores dicen que debido a que el microscopio no requiere componentes costosos, podría convertirse fácilmente en un sistema comercial para su uso en laboratorios de neurociencia.
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El microscopio montado en la cabeza permite obtener imágenes cerebrales a largo plazo en ratones que se mueven libremente Más información: Omkar D. Supekar et al, Microscopio de iluminación estructurada en miniatura para imágenes 3D in vivo de estructuras cerebrales con seccionamiento óptico, Biomedical Optics Express (2022). DOI: 10.1364/BOE.449533 Información de la revista: Biomedical Optics Express
Proporcionado por The Optical Society Cita: El microscopio montado en la cabeza llega más profundamente al cerebro de los ratones (2022, 29 de marzo) obtenido el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-head-mounted-microscope-deeper-mouse-brains.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.