Nakamamanghang unang mga 3D na imahe na may sobrang resolusyon na kuha sa mga live na daga

Binuo ng mga mananaliksik ang 3D-2PE-STED system, na nakakakita ng dendritic spines na malalim sa utak ng isang live na mouse. Nagpakita ang kanilang system ng mga menor de edad na pagbabago na naganap sa pagitan ng araw 1 at 3 (mga kaliwa na imahe). Ang mga pagbabagong ito ay mahirap makilala gamit ang two-photon microscopy (kanan). May-akda: Jörg Beversdorf, Yale Medical School

Ang bagong pamamaraan ng STED ay nagbibigay-daan upang makagawa ng imahe ng malalim na tela at upang ihayag ang mga subcellular na dinamika ng mga neuron.

Ang mga mananaliksik ay nakabuo ng isang bagong pamamaraan ng microscopy na nagbibigay-daan upang makakuha ng mga 3D na imahe ng sobrang resolusyon ng mga subcellular na istraktura mula sa lalim ng tungkol sa 100 μm sa biological tissue, kabilang ang utak. Sa pamamagitan ng pagbibigay sa mga siyentista ng isang mas malalim na pagtingin sa utak, ang pamamaraan ay maaaring makatulong na makita ang banayad na mga pagbabago na nangyayari sa mga neuron sa paglipas ng panahon, sa panahon ng pagsasanay, o bilang isang resulta ng sakit.

Ang isang bagong diskarte ay ang pagpapalawak ng stimulated emission reduction microscopy (STED), isang diskarte sa tagumpay na nagpapahintulot sa resolusyon ng nanoscale na makamit sa pamamagitan ng pagdaig sa tradisyunal na limitasyon ng diffraction ng mga optical microscope. Natanggap ni Stefan Hel ang Nobel Prize sa Chemistry noong 2014 para sa pagbuo ng imaging technique na ito sa super-resolusyon.

У SA MATASa journal Optical Society (OSA) para sa mga pag-aaral na may mataas na epekto, inilarawan ng mga mananaliksik kung paano nila ginamit ang isang bagong STED microscope upang imahen sa super-resolusyon na 3D ang istraktura ng dendritic spines na malalim sa isang buhay na utak ng mouse. Ang dendritic spines ay maliliit na protrusion sa mga dendritic na sangay ng mga neuron na tumatanggap ng synaptic input mula sa mga kalapit na neuron. Ginampanan nila ang isang kritikal na papel sa aktibidad ng mga neuron.

“Ang aming mikroskopyo ay ang unang aparato sa buong mundo upang makamit ang 3D STED ultra-resolusyon na malalim sa loob ng isang buhay na hayop,” sabi ng pinuno ng pangkat ng pagsasaliksik na si Jörg Beversdorf ng Yale School of Medicine. “Ang ganitong tagumpay sa malalim na teknolohiya ng imaging imaging ay magbibigay-daan sa mga mananaliksik na direktang mailarawan ang mga subcellular na istraktura at dynamics sa kanilang katutubong kapaligiran sa tisyu,” sabi ni Beversdorf. “Ang kakayahang pag-aralan ang pag-uugali ng cell sa ganitong paraan ay mahalaga para sa pagkakaroon ng isang komprehensibong pag-unawa sa biological phenomena para sa biomedical na pananaliksik pati na rin para sa pagpapaunlad ng parmasyutiko.”


Ginamit ng mga mananaliksik ang kanilang 3D-2PE-STED microscope upang imahe ang utak ng isang live na mouse. Ang pag-scale ng bahagi ng mga dendrite ay nagpapakita ng istrakturang 3D ng isang solong gulugod. May-akda: Jörg Beversdorf, Yale Medical School

Lumalim ka pa

Ang maginoo na STED microscopy ay karaniwang ginagamit sa mga sample ng kultura ng imahe ng cell. Ang paggamit ng pamamaraan sa imahe ng adipose tissue o mga live na hayop ay mas mahirap, lalo na kung ang mga benepisyo ng STED sa sobrang resolusyon ay umaabot sa pangatlong sukat para sa 3D-STED. Ang paghihigpit na ito ay lumitaw dahil ang makapal at optiko na siksik na tisyu ay pumipigil sa malalim na pagtagos ng ilaw at wastong pagtuon, sa gayon pinipinsala ang kakayahang labis na matukoy ang STED microscope.

Upang mapagtagumpayan ang problemang ito, pinagsama ng mga mananaliksik ang STED microscopy na may two-photon excitation (2PE) at adaptive optika. “Pinapayagan ka ng 2PE na gumawa ng mga imahe ng mas malalim sa mga tisyu gamit ang haba ng haba ng malapit na infrared radiation kaysa sa nakikitang ilaw,” sabi ni Mary Grace M. Velasca, ang unang may-akda ng artikulo. “Ang ilaw na infrared ay hindi madaling kapitan ng kalat at sa gayon ay mas mahusay na tumagos sa tela.”

Nagdagdag din ang mga mananaliksik ng mga adaptive optika sa kanilang system. “Ang paggamit ng mga adaptive optika ay naitama ang mga pagbaluktot ng hugis ng ilaw, iyon ay, mga pang-aberasyong optikal na nangyayari kapag napansin sa mga tisyu at sa pamamagitan ng mga tisyu,” sabi ni Velasca. “Sa panahon ng paggunita, binabago ng sangkap na umaangkop ang ilaw sa harap nang eksakto sa kabaligtaran na paraan tulad ng ginagawa ng tela ng sample. Kaya, ang mga paglihis mula sa umaangkop na elemento ay kinansela ang mga paglihis mula sa tela, na lumilikha ng mga kundisyon ng perpektong imaging na nagpapahintulot sa pagpapanumbalik ng mga kakayahan ng STED na sobrang resolusyon sa lahat ng tatlong sukat. “

Nakakakita ng mga pagbabago sa utak

Sinubukan ng mga mananaliksik ang kanilang diskarteng 3D-2PE-STED sa pamamagitan ng unang paggawa ng mga imahe ng mga mahusay na katangian na istraktura sa mga may kulturang cell sa isang takip na plato. Kung ihahambing sa paggamit ng 2PE lamang na pinapayagan ang dami ng 3D-2PE-STED na higit sa 10 beses na mas maliit. Ipinakita rin nila na ang kanilang mikroskopyo ay maaaring payagan ang paglaganap DNA sa nucleus ng mga cell ng balat ng mouse ay mas mahusay kaysa sa isang maginoo na dalawang-photon microscope.

Matapos ang mga pagsubok na ito, ginamit ng mga mananaliksik ang kanilang 3D-2PE-STED microscope upang imahe ang utak ng isang live na mouse. Pinalaki nila ang bahagi ng mga dendrite at nalutas ang istraktura ng 3D ng mga indibidwal na spike. Pagkatapos ay ginawa nila ang parehong lugar makalipas ang dalawang araw at ipinakita na ang istraktura ng gulugod ay talagang nagbago sa oras na iyon. Ang mga mananaliksik ay hindi napansin ang anumang mga pagbabago sa istraktura ng mga neuron sa kanilang mga imahe o sa pag-uugali ng mga daga, na maaaring magpahiwatig ng pinsala sa imahe. Gayunpaman, balak nilang tuklasin ito nang higit pa.

“Ang mga dendritic spine ay napakaliit na walang labis na pagpapasiya, mahirap isipin ang kanilang eksaktong hugis ng 3D, pabayaan ang anumang mga pagbabago sa hugis na iyon sa paglipas ng panahon,” sabi ni Velaska. “Ang 3D-2PE-STED ngayon ay nagbibigay ng isang paraan upang maobserbahan ang mga pagbabagong ito at gawin ito hindi lamang sa mababaw na mga layer ng utak, ngunit mas malalim din sa loob, kung saan nagaganap ang mas kawili-wiling mga koneksyon.”

Tulong: “Mga 3D na imahe ng malalim na tisyu na may sobrang resolusyon sa mga live na daga” Mary Grace M. Velaska, Mengyang Zhang, Jacopo Antonella, Peng Yuan, Edward S. Olgeyer, Dennis Mae, Ons M’Saad, Philicia Kidd, Andrew E.S. Barantin, Valentina Greka, Jaime Grutzendler, Martin J. Booth at Jörg Beversdorf, Marso 25, 2021, SA MATA.
DOI: 10.1364 / OPTICA.416841

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.