un, Immagini sagittali di proiezione a intensità minima, o "fette", con diversi spessori di proiezione in direzione coronale, mostrano la citoarchitettura corticale e il corpo calloso (CC), senza affettare il tessuto fisico. B, Il decadimento del segnale OCM (pannello sinistro) e l'immagine coronale media (pannello centrale) mostrano strati subcorticali. CC:corpo calloso; Oppure:strato oriens; Rad:strato radiato; DG:giro dentato. Credito:Jun Zhu, Hercules Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Jin sottovento, e Vivek J. Srinivasan
Usando la luce nel vicino infrarosso a lunghezza d'onda lunga, gli scienziati della UC Davis hanno sviluppato un approccio di microscopia senza etichette che raggiunge una combinazione unica di profondità, alta risoluzione, e imaging cerebrale minimamente invasivo. La tecnica visualizza i neuroni e la mielinizzazione assonale attraverso la neocorteccia del topo e alcune regioni subcorticali, attraverso il cranio assottigliato. Ora gli studi sulle malattie del cervello possono essere condotti in profondità nel cervello del topo attraverso una preparazione chirurgica minimamente invasiva e semplice.
Le malattie del sistema nervoso centrale (SNC) come il morbo di Alzheimer (AD) si manifestano precocemente a livello microscopico (cioè cellulare), nel profondo del cervello. Ancora, i microscopi ottici che possono vedere le cellule del cervello vivente sono superficiali o invasivi. Le tecniche di imaging del cervello intero come la risonanza magnetica sono profonde e non invasive, ma mancano di risoluzione cellulare.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di scienziati, guidato dal Professor Vivek J. Srinivasan dei Dipartimenti di Oftalmologia e Radiologia e Tech4Health Institute, NYU Langone Salute, STATI UNITI D'AMERICA, e collaboratori hanno sviluppato un approccio di microscopia ottica senza etichette che ha una capacità unica di visualizzare immagini in profondità, ad alta risoluzione e minima invasività. Nello specifico, hanno dimostrato un approccio di microscopia a coerenza ottica (OCM) ad alta apertura numerica in vivo che utilizza la finestra di assorbimento dell'acqua di 1700 nm, dove l'attenuazione della luce per diffusione e assorbimento è ridotta al minimo.
La finestra di assorbimento d'acqua a 1700 nm, nota anche come terza finestra del vicino infrarosso (NIR), vanta un minimo di assorbimento d'acqua locale e una dispersione relativamente bassa. In OCM, uno spettro più ampio fornisce una risoluzione assiale più fine, e con esso, una maggiore capacità di respingere la luce diffusa che causa sfocatura dell'immagine. Eppure l'intera finestra a 1700 nm, che si estende da 1560 a 1820 nm, spesso non viene utilizzato:
un, Il topo transgenico 5xFAD ha distinti cluster ad alta dispersione (frecce rosse) e ampie regioni iporiflettenti (asterisco giallo), raffigurato sia in piano sagittale (pannello sinistro) che en face (pannello destro). Le immagini en face codificate a colori di profondità degli assoni mielinizzati e le corrispondenti immagini in scala di grigi illustrano la mieloarchitettura intatta nel littermate WT (b-c), mentre suggerendo la demielinizzazione negli strati più profondi del topo AD (d-e). Presi insieme, L'OCM mostra una maggiore incidenza di reperti anomali negli strati IV-VI, coerente con il carico di malattia più elevato in questi strati. Le barre di scala sono 0,1 mm. Credito:Jun Zhu, Hercules Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Jin sottovento, e Vivek J. Srinivasan
"La transizione da lunghezze d'onda standard a 1700 nm OCM, sfruttando in modo ottimale l'intera finestra di assorbimento dell'acqua (non solo una parte della finestra), è stato molto difficile fino ad oggi a causa delle numerose sfide di ingegneria ottica, " hanno detto gli scienziati.
Queste sfide includono rilevatori rumorosi e sorgenti luminose, forte dispersione cromatica, e mancanza di componenti ottici standardizzati. Gli scienziati hanno affrontato questi problemi attraverso la scelta di una sorgente luminosa supercontinuo a basso rumore, un metodo di compensazione della dispersione numerica personalizzato, e progettazione di sistemi ottici. Con questi progressi tecnici, cellula neuronale e architettura della mielina attraverso l'intera profondità della neocorteccia del topo, e alcune regioni subcorticali, può essere ripreso attraverso una preparazione del cranio assottigliato che preserva lo spazio intracranico.
"I risultati rappresentano profondità senza precedenti per l'imaging cerebrale su scala cellulare attraverso una preparazione minimamente invasiva. Successivamente abbiamo studiato il modello murino 5xFAD della malattia di Alzheimer (AD), che dovrebbe mostrare una gradazione della patologia con profondità corticale. I risultati dell'imaging hanno confermato la comparsa di una grave patologia nella corteccia profonda ma non superficiale, che sarebbe mancato da tecniche di imaging più superficiali."
Un'altra caratteristica importante del metodo è che il contrasto dell'immagine deriva da proprietà intrinseche del cervello stesso. L'OCM non richiede topi transgenici o somministrazione di composti. Perdita del corpo cellulare neuronale, demielinizzazione degli assoni, targhe, e tutti i cambiamenti dei tessuti locali possono essere visualizzati.
"Ora la malattia può essere visualizzata in profondità nel cervello del topo con una semplice preparazione chirurgica, senza etichettatura esogena. La finestra ottica da 1700 nm può anche quantificare il contenuto di acqua e lipidi nei tessuti in vivo, che possono fornire ulteriori informazioni sulla progressione della malattia, "prevedono gli scienziati.
