Ohromující obrázky prvního 3D super-rozlišení zachyceného uvnitř živých myší

Vědci vyvinuli systém 3D-2PE-STED, který dokáže zobrazit dendritickou páteř hluboko v mozku živé myši. Jejich systém vykazoval jemné změny, ke kterým došlo během dnů 1 až 3 (obrázky vlevo). Tyto změny je obtížné odlišit pomocí pouze dvou fotonových mikroskopů (vpravo). Půjčka: J որ rg Beversdorf, Yale Medical School

Nová technika STED umožňuje zobrazování hlubokých tkání a odhaluje subcelulární dynamiku neuronů.

Vědci vyvinuli novou mikroskopickou techniku, která dokáže zachytit 3D obrazy subcelulárních struktur uvnitř biologické tkáně, včetně mozku, v ultra vysokém rozlišení z hloubky asi 100 mikronů. Tím, že vědcům poskytneme hlubší vhled do mozku, by metoda mohla pomoci detekovat jemné změny, ke kterým dochází v neuronech v průběhu času, během studia nebo v důsledku nemoci.

Nový přístup představuje vylepšení mikroskopu STED (Stimulated Emission Microscope), což je pokroková technika, která dosahuje rozlišení v nanoměřítku překonáním tradičního difrakčního limitu optických mikroskopů. Stephen Hell získal v roce 2014 Nobelovu cenu za chemii za vývoj této zobrazovací techniky s vysokým rozlišením.

Uvnitř OPTICKÝ:Vědci popisují, jak pomocí svého nového mikroskopu STED s vysoce přesnými řešeními zobrazili 3D strukturu dendritické páteře hluboko v mozku živé myši pomocí časopisu Optical Society (OSA). Dendrické trny jsou malé výčnělky dendritických větví neuronů, které přijímají synaptický vstup ze sousedních neuronů. Hrají klíčovou roli v neuronální aktivitě.

„Náš mikroskop je prvním nástrojem na světě, který dosáhl hloubky analýzy 3D STED u živého zvířete,“ uvedl vedoucí výzkumu J գ rg Beversdorf z Yale Medical School. „Pokrok v technologii zobrazování hlubokých tkání umožní vědcům přímo vizualizovat subcelulární struktury a dynamiku v jejich přirozeném tkáňovém prostředí,“ uvedl Bersdorf. „Schopnost studovat buněčné chování tímto způsobem lze využít pro biomedicínský výzkum i pro komplexní pochopení biologických jevů pro farmaceutický vývoj.“


Vědci použili svůj mikroskop 3D-2PE-STED k zobrazení živého mozku myši. Zvětšení části dendritů odhaluje 3D strukturu jednotlivé páteře. Půjčka: J որ rg Beversdorf, Yale Medical School

Jít hlouběji

K zobrazení kultivovaných vzorků buněk se nejčastěji používá běžný mikroskop STED. Technika zobrazování tlusté tkáně nebo živých zvířat je mnohem obtížnější, zvláště když se výhody ultra vysokého rozlišení STED rozšíří do třetí dimenze 3D-STED. K tomuto omezení dochází, protože hustá պտ opticky hustá struktura neumožňuje, aby světlo proniklo hluboko կենտրոն, aby správně zaostřila, což podkopává analytické schopnosti mikroskopu STED.

Za účelem splnění této výzvy vědci spojili mikroskop STED se dvěma adaptivními optikami excitace fotonů (2PE) և. „2PE umožňuje hlubší zobrazení tkáně pomocí infračervených vlnových délek než viditelného světla,“ říká Mary Grace. Velasco, první autor článku. „Infračervené světlo nepodléhá rozptylu, takže proniká hlouběji do tkáně.“

Vědci také do svého systému přidali adaptivní optiku. „Použití adaptivní optiky opravuje zkreslení světelného koně, tj. Optické aberace, ke kterým dochází v tkáni při jejím zobrazování,“ uvedl Velasco. „Během zobrazování mění adaptační prvek přední část světelné vlny přesně opačně, než to dělá struktura vzorku. „V důsledku toho odchylky od adaptivního prvku ruší odchylky od struktury a vytvářejí ideální obrazové podmínky, které umožňují obnovení analytických schopností STED ve třech rozměrech.“

Vidět změny v mozku

Vědci testovali svou techniku ​​3D-2PE-STED tak, že nejprve pokryli dobře charakterizované struktury v buňkách určených k posouvání povlaku. Ve srovnání s použitím samotného 2PE vyřešil 3D-2PE-STED objemy více než 10krát menší. Také ukázali, že jejich mikroskop může problém vyřešit DNA: je v jádru buněk myší kůže mnohem lepší než normální dvoufotonový mikroskop.

Po těchto experimentech vědci použili svůj mikroskop 3D-2PE-STED k zobrazení mozku živé myši. Zvětšili část dendritů, aby vyřešili 3D strukturu jednotlivé páteře. O dva dny později namalovali stejnou oblast a ukázali, že struktura páteře se během této doby skutečně změnila. Vědci nezaznamenali žádné změny ve struktuře neuronů v jejich obrazech ani v chování myší, což by znamenalo poškození z popisu. Plánují to však dále studovat.

„Dendritické obratle jsou tak malé, že je těžké si představit jejich přesné 3D vejce bez nadbytečnosti, zejména proto, že se toto vejce v průběhu času změnilo,“ řekl Velasco. „3D-2PE-STED nyní poskytuje prostředky k prohlížení těchto změn nejen v povrchových vrstvách mozku, ale také hlouběji uvnitř, kde dochází k zajímavějším spojením.“

Odkaz. „3D Deep Texture of Living Mice“ od Mary Grace M. Velasco, Mengyang Zhang, Jacopo Antonello, Peng Yuan, Edward S. Allgeyer, Dennis May, Ons M’Saad, Phylicia Kidd, Andrew ES Barentine, Valentina Greco, Jaime Grutzendler Martin Bo. Booth և Jo Org Buersdorf, 25. března 2021. OPTICKÝ:,
DOI: 10.1364 / OPTICA.416841:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.