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头戴式显微镜标志着神经系统疾病治疗的进展

2022-4-13 01:00| 发布者: everydayness| 查看: 344| 评论: 0

摘要: 华盛顿特区,2022 年 4 月 8 日 — 来自科罗拉多大学博尔德分校、科罗拉多大学安舒茨医学院和亚利桑那州立大学的研究人员开发了一种头戴式、轻便的荧光显微镜,可提供全 3D 成像和增强的散射对比度组织通过光学切片 ...
         华盛顿特区,2022 年 4 月 8 日 — 来自科罗拉多大学博尔德分校、科罗拉多大学安舒茨医学院和亚利桑那州立大学的研究人员开发了一种头戴式、轻便的荧光显微镜,可提供全 3D 成像和增强的散射对比度组织通过光学切片。通过比以前任何微型宽场显微镜更深入地成像大脑,研究人员相信他们的设备可以帮助提高观察神经回路及其功能的能力。
         研究人员说,这种名为 SIMscope3D 的微型显微镜是第一款使用结构化照明来消除失焦和散射光的微型显微镜。
        SIMscope3D 执行体积成像通过使用成像光纤将空间图案化的光传送到微型显微镜物镜。该过程还通过类似于双光子显微镜中发现的光学切片过程去除失焦光,但没有复杂的组件或昂贵的激光。
         在测试中,微型显微镜获得了轴向分辨率为 18 μm 的光学切片。结构化照明允许设备成像深达 260 μm。
         SIMscope3D 使用数字微镜设备创建结构化照明图案,该图案通过相干光纤束传送到成像平面。显微镜中集成了一个像素大小为 2.2 μm 的 CMOS 相机,可实现高横向分辨率图像,同时防止图像通过光纤束时可能出现的伪影。该显微镜包括一个紧凑的、可调节的电润湿透镜,它可以通过改变显微镜的焦深来实现大脑结构的 3D 可视化,而无需任何移动部件。电润湿轴向扫描元件可对样品进行高达 550 μm 的深度扫描。SIMscope3D 对样品暴露于特定波长后从组织或荧光标签发出的荧光进行成像。
         使用显微镜,研究人员在小鼠的脑组织中成像了用荧光蛋白标记的神经胶质细胞,这些小鼠清醒但被放置在一个固定头部的装置中。
          研究人员 Omkar Supekar 说:“我们使用我们的微型显微镜记录了清醒小鼠大脑中深度达 120 μm 的神经胶质细胞动力学的时间序列。”,“科学家们并不完全了解这些细胞是如何工作的或它们的修复过程。我们的显微镜开启了研究这些细胞如何迁移和修复的长期研究的可能性。”
         除了在清醒小鼠中展示无背景 3D 成像外,研究人员还展示了深度高达 260 μm 的体积成像。在以前的头戴式广角荧光显微镜中,组织散射的光阻碍了深入大脑成像的能力。微型双光子显微镜可以通过消除每个焦平面中的失焦光来克服这个缺点。然而,这些显微镜通常需要昂贵的脉冲激光器和复杂的机械扫描组件。
         SIMscope3D 使用 LED 光源,即使在深度成像到高度散射的组织时也能产生鲜明的对比。与双光子微型显微镜相比,显微镜成本更低,并且可以使用更高的帧速率。
         凭借这些功能,SIMscope3D 可以支持研究行为动物的动态神经结构和功能。
         使用 SIMscope3D 拍摄的详细脑细胞延时图像可能会导致对多发性硬化症等神经系统疾病的新见解。“开发神经系统疾病的新疗法需要在细胞和电路水平上了解大脑,”艾米丽·吉布森教授说。“新的光学成像工具——尤其是那些可以像我们团队开发的显微镜那样深入脑组织成像的工具——对于实现这一目标非常重要。”

研究人员开发了一种头戴式显微镜,该显微镜使用结构照明通过光学切片去除失焦光。这实现了深度成像,同时还增强了散射组织中的图像对比度。由 Omkar D. Supekar/科罗拉多大学博尔德分校和 Emily Gibson/科罗拉多大学安舒茨医学院提供。

         研究人员目前正在努力提高显微镜的采集速度和重量。通过小幅升级,显微镜将能够对神经元电活动等更快的动态进行成像,而对象动物则执行不同的任务。研究人员表示,这种显微镜可以很容易地开发成用于神经科学实验室的商业系统,因为它不需要昂贵的组件。
         “随着进一步的发展,我们的显微镜将能够在动物处于自然环境或执行不同任务时随着时间的推移对神经活动进行成像,”Supekar 说。

         该研究发表在Biomedical Optics Express ( www.doi.org/10.1364/BOE.449533 ) 上。


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