Naukowcy opracowują nowy mikroskop, który może widzieć przez czaszki, aby pomóc w wykrywaniu chorób

Naukowcy opracowują nowy mikroskop, który może widzieć przez czaszki, aby pomóc w wykrywaniu chorób


Naukowcy opracowali nowy typ mikroskopu, który może widzieć przez czaszki.

Zespół badawczy pod kierunkiem profesora Choi Wonshika z Centrum Spektroskopii Molekularnej i Dynamiki w Seulu opracował narzędzie, które było w stanie stworzyć mikroskopową mapę sieci neuronowych w mózgu myszy przez czaszkę zwierzęcia.

Taki akt jest trudny do osiągnięcia bez uszkadzania ciała i kości. Czaszki są grube i niespójne, co oznacza, że ​​padające na nie światło łatwo się rozprasza. Im głębiej, co naukowcy chcą zobaczyć, tym trudniej.

Nawet jeśli jest to osiągalne, stanowi wyzwanie. Kiedy światło przechodzi przez tkankę biologiczną, generowane są dwa typy fotonów (bezmasowa cząstka elementarna, która tworzy światło): fotony balistyczne i fotony wielokrotnie rozproszone.

Fotony balistyczne mogą przemieszczać się bezpośrednio przez obiekt bez odchylania, ale rozproszone fotony pojawiają się na obrazie jako szum. Im dalej światło musi przebyć, tym gorszy staje się ten stosunek, ponieważ rozproszone fotony stają się liczniejsze niż fotony balistyczne.

Ponadto aberracja optyczna fotonów balistycznych może zmniejszyć kontrast i rozmazać obraz podczas rekonstrukcji obrazu. W badaniach neurologicznych oznaczało to, że obrazowanie optyczne mózgu myszy oznaczało, że czaszka musi zostać usunięta lub przerzedzona.

Jednak ten nowy mikroskop może dostarczyć odpowiedzi. Nazywany mikroskopem z matrycą odbiciową, wykorzystuje zarówno własny sprzęt, jak i algorytm obliczeniowej optyki adaptacyjnej do korygowania błędów w obrazie.

Konwencjonalne mikroskopy do obrazowania odrzucają całe nieostre światło, gdy są używane, skupiając się tylko na tych w punkcie oświetlenia; z kolei ten mikroskop z matrycą odbiciową rejestruje wszystkie rozproszone fotony w ich pozycjach.

Algorytm następnie koryguje rozproszone fotony, selektywnie wydziela światło balistyczne i koryguje poważne aberracje optyczne. Naukowcy twierdzą, że liczba aberracji, które można skorygować, jest 10 razy większa niż w przypadku standardowych systemów.

„Mikroskop z matrycą refleksyjną to technologia nowej generacji, która wykracza poza ograniczenia konwencjonalnych mikroskopów optycznych” – powiedział profesor Choi.

„Pozwoli nam to poszerzyć naszą wiedzę na temat propagacji światła przez media rozpraszające i poszerzyć zakres zastosowań, które może zbadać mikroskop optyczny”.

Ten mikroskop ma również tę zaletę, że można go używać w połączeniu z konwencjonalnymi mikroskopami dwufotonowymi, które są używane w naukach przyrodniczych, usuwając aberracje na obrazie.

Zespół zademonstrował to, wykonując fluorescencyjne zdjęcia dendrytycznego kręgosłupa neuronu za umiejętnościami myszy – coś, co normalnie nie byłoby możliwe bez całkowitego usunięcia tkanki mózgowej.

Naukowcy twierdzą, że dzięki temu nowemu odkryciu możliwe jest teraz badanie mózgu w jego najbardziej rodzimych stanach.

„Poprawiając zniekształcenie czoła fali, możemy skupić energię świetlną na pożądanym miejscu wewnątrz żywej tkanki”, powiedział profesor Yoon Seokchan i doktorant Lee Hojun, który przeprowadził badanie w komunikat.

„Nasz mikroskop pozwala nam badać drobne struktury wewnętrzne głęboko w żywych tkankach, których nie można rozdzielić w żaden inny sposób. To bardzo pomoże nam we wczesnej diagnostyce chorób i przyspieszy badania neurologiczne ”.

Badanie zatytułowane „Laserowa skaningowa mikroskopia matrycowo-odbiciowa do obrazowania bez aberracji przez nienaruszoną czaszkę myszy” zostało opublikowane w Nature Communications.



Source link