無創熒光顯微技術能為大腦深度成像

來自瑞士蘇黎世大學和蘇黎世理工大學的研究人員開發出一種稱為漫反射光學定位成像(DOLI)的新技術,利用它可以高分辨率、無創觀察活體小鼠大腦深部的微血管。該技術具有卓越的分辨率,可看到深層組織,為觀察大腦功能提供了強大的光學工具,在研究神經活動、微循環、神經血管耦合和神經退化方面具有廣闊的應用前景。

無創熒光顯微技術能為大腦深度成像

相關研究發表在近日的美國光學學會期刊《光學》上。

這種技術利用了1000—1700納米之間的第二近紅外(NIR-Ⅱ)光譜,這一範圍光譜的散射較少,可使顯微熒光成像的深度達到光擴散深度極限的4倍。

在各種疾病的動物模型中,熒光顯微鏡經常被用來對大腦的分子和細胞細節進行成像。但此前,由於皮膚和顱骨的強烈光散射影響,熒光顯微鏡僅限於小體積和高度侵入性的操作。此次研究首次表明,3D熒光顯微鏡可幫助科學家以非侵入性方式,高分辨率地觀察成年小鼠大腦。該顯微鏡有效覆蓋了大約1厘米的視野。

研究人員首先在模仿人體平均大腦組織特性的組織合成模型中測試了這項技術,證明他們可以在光學不透明的組織中獲得最深達4毫米的顯微分辨率圖像。然後,他們在活小鼠身上測試了這項技術。他們給活小鼠靜脈注射了熒光微滴,追蹤這些流動的熒光微滴可以重建小鼠大腦深部微血管的高分辨率圖。觀察發現,藉助DOLI技術可以完全無創地觀察到腦微血管以及血流的速度和方向。

研究人員表示,這種方法消除了背景光散射,並可在頭皮和頭骨完好無損的情況下進行。他們還觀察到相機記錄的斑點大小與微滴在大腦中的深度有很大的關係,這使大腦深度分辨成像成為可能。

“在生物醫學成像領域,實現深部活體組織的高分辨率光學觀測是一個長期的目標。”研究小組組長丹尼爾·拉贊斯基說。

現在,研究人員正在努力優化DOLI技術,以提高其分辨率。他們還在開發改進的熒光劑,這些熒光劑更小、熒光強度更高,且在體內更穩定,這將大大提高該技術在清晰度和成像深度方面的性能。