Stulbinantys pirmųjų 3D „Super-Resolution“ vaizdai, užfiksuoti gyvose pelėse

Mokslininkai sukūrė 3D-2PE-STED sistemą, kuri gali vaizduoti dendritinį stuburą giliai gyvos pelės smegenyse. Jų sistema parodė subtilius pokyčius, įvykusius per 1–3 dienas (paveikslėliai kairėje). Šiuos pokyčius sunku atskirti naudojant tik du fotonų mikroskopus (dešinėje). Paskola: J որ rg Beversdorf, Jeilio medicinos mokykla

Naujoji STED technika įgalina giliųjų audinių vaizdavimą, atskleidžiant neuronų subcellulinę dinamiką.

Mokslininkai sukūrė naują mikroskopo metodiką, galinčią iš maždaug 100 mikronų gaudyti biologinius audinius, įskaitant smegenis, esančius subcelulinių struktūrų 3D ypač didelės raiškos vaizdus. Suteikdamas mokslininkams gilesnę smegenų įžvalgą, šis metodas gali padėti nustatyti subtilius pokyčius, vykstančius neuronuose laikui bėgant, tyrimo metu ar dėl ligos.

Naujas požiūris yra stimuliuojamo spinduliavimo mikroskopo (STED) mikroskopo patobulinimas – pažangos technika, kuria pasiekiama nano skalės skiriamoji geba įveikiant tradicinę optinių mikroskopų difrakcijos ribą. Stephenas Hellas laimėjo 2014 m. Nobelio premiją chemijos srityje už šios itin aukštos raiškos vaizdavimo technikos sukūrimą.

Viduje OPTINĖ:Mokslininkai, naudodamiesi žurnalu „Optical Society“ (OSA), aprašo, kaip jie naudojo savo naują STED mikroskopą su didelio tikslumo tirpalais vaizduodami dendritinio stuburo 3D struktūrą giliai gyvos pelės smegenyse. Dendriniai stuburai yra nedideli neuronų dendritinių šakų išsikišimai, kurie gauna sinapsinį įėjimą iš kaimyninių neuronų. Jie vaidina lemiamą vaidmenį neuronų veikloje.

„Mūsų mikroskopas yra pirmasis instrumentas pasaulyje, pasiekęs 3D STED analizės gylį gyvam gyvūnui“, – sakė tyrimų vadovas J գ rg Beversdorfas iš Jeilio medicinos mokyklos. „Giliųjų audinių vaizdavimo technologijos pažanga leis mokslininkams tiesiogiai vizualizuoti subcellulines struktūras ir dinamiką savo gimtojo audinio aplinkoje“, – sakė Bersdorfas. “Gebėjimas tokiu būdu tirti ląstelių elgesį gali būti naudojamas atliekant biomedicinos tyrimus, taip pat siekiant visapusiškai suprasti biologinius reiškinius farmacijos plėtrai.”


Tyrėjai naudojo savo 3D-2PE-STED mikroskopą gyvų pelių smegenims vaizduoti. Padidinus dalį dendritų, atskleidžiama atskiro stuburo 3D struktūra. Paskola: J որ rg Beversdorf, Jeilio medicinos mokykla

Giliau

Kultūruotų ląstelių mėginiams vaizduoti dažniausiai naudojamas įprastas STED mikroskopas. Storų audinių ar gyvų gyvūnų vaizdavimo technika yra daug sunkesnė, ypač kai ypač didelės STED raiškos pranašumai tęsiasi iki trečiojo 3D-STED dimensijos. Šis apribojimas atsiranda dėl to, kad tanki ically optiškai tanki tekstūra neleidžia šviesai prasiskverbti gilyn կենտրոն tinkamai susikaupti, todėl pakenkiama STED mikroskopo analitinėms galimybėms.

Norėdami įveikti šį iššūkį, mokslininkai sujungė STED mikroskopą su dviem fotonų sužadinimo (2PE) և adaptyvia optika. „2PE leidžia giliau vaizduoti audinius, naudojant infraraudonųjų spindulių bangos ilgius, o ne matomą šviesą“, – sako Mary Grace. Velasco, pirmasis straipsnio autorius. “Infraraudonoji šviesa nėra išsklaidyta, todėl ji prasiskverbia giliau į audinį.”

Tyrėjai taip pat įtraukė adaptyvią optiką į savo sistemą. „Adaptyviosios optikos naudojimas ištaiso lengvojo žirgo iškraipymą, tai yra optines aberacijas, kurios atsiranda audinyje vaizduojant per jį“, – sakė Velasco. „Atvaizdavimo metu prisitaikantis elementas keičia šviesos bangos priekį visiškai priešingai, nei daro mėginio tekstūra. “Todėl nukrypimai nuo adaptyvaus elemento panaikina nukrypimus nuo audinio, sukuria idealias vaizdo sąlygas, leidžiančias atkurti STED analizės galimybes trimis aspektais.”

Matyti pokyčius smegenyse

Tyrėjai išbandė savo 3D-2PE-STED metodiką, pirmiausia padengdami gerai apibūdinamas struktūras ląstelėse, suprojektuotose slinkti danga žemyn. Palyginti su vien 2PE naudojimu, 3D-2PE-STED išsprendė daugiau nei 10 kartų mažesnius tūrius. Jie taip pat parodė, kad jų mikroskopas gali išspręsti problemą DNR: yra daug geriau pelės odos ląstelių branduolyje nei įprastas dviejų fotonų mikroskopas.

Po šių eksperimentų mokslininkai naudojo savo 3D-2PE-STED mikroskopą, kad vaizduotų gyvos pelės smegenis. Jie padidino dalį dendritų, kad išspręstų atskiro stuburo 3D struktūrą. Po dviejų dienų jie nupiešė tą patį plotą ir parodė, kad per šį laiką stuburo struktūra tikrai pasikeitė. Tyrėjai nepastebėjo jokių neuronų struktūros pokyčių vaizduose ar pelių elgesyje, o tai reikštų žalos dėl aprašymo. Tačiau jie planuoja tai toliau nagrinėti.

„Dendritiniai slanksteliai yra tokie maži, kad sunku įsivaizduoti jų tikslų 3D kiaušinį be perpildymo, ypač todėl, kad laikui bėgant pasikeitė šis kiaušinis“, – sakė Velasco. „3D-2PE-STED dabar suteikia galimybę pamatyti šiuos pokyčius ne tik paviršiniuose smegenų sluoksniuose, bet ir giliau viduje, kur vyksta įdomesni ryšiai“.

Nuoroda. 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 „3D gili tekstūra“ Bo. Stendas և Jo Orgas Buersdorfas, 2021 m. Kovo 25 d. OPTINĖ:,
DOI: 10.1364 / OPTICA.416841:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Prognozuojama, kad ateivių rūšių padaugės 36% iki 2050 m

Egipto žąsis (Alopochen aegyptiaca), kilusi iš Afrikos, o dabar įsikūrusi Vidurio ir Vakarų Europoje. Autorius: profesorius Timas Blackburnas, UCL Tikimasi, kad šio amžiaus viduryje...

Dėl hormoninių vaistų neproliferaciniai baltymai gali išplisti koronavirusą ir sustabdyti ID-19 vystymąsi

Hormonų tyrimai gali sukelti AD-19 ginklų paplitimą. Kreditas: „Getty Images“ Naujas „Penny Medical“ tyrimas parodo, kaip anti-androgenai trukdo pagrindiniams receptoriams, reikalingiems virusų invazijai į...

Nuostabus „slapto“ objektyvo projektavimo metodas, kurį naudojo „mikrobiologijos tėvas“, rastas po 300 metų

Tai Van Leeuwenhoek mikroskopas. Autoriai: Utrechto universitetas / Rijksmuseum Boerhaave / TU Delft Mikroskopas, kurį Antoni van Leeuwenhoek naudojo novatoriškiems tyrimams atlikti, turi nuostabų...

Joninės sijos sudaro glaudžiai sujungtas „Qubits“ grandines.

Jonų pluoštai gali suformuoti glaudžiai suporuotas kvantinių bitų (kubitų) grandines, pagrįstas deimantų „azoto neturinčiais„ spalvų centrais “, skirtus naudoti kvantinės skaičiavimo aparatinėje įrangoje. ...

Tyrėjai kuria 3D atspausdintą želę biomedicininėms medžiagoms, minkštai robotikai

Hidrogelio medžiaga gaunama iš skirtingo dydžio dumblių dalelių. Paskola Orlino slėnis, NC valstybinis universitetas Dėl stiprumo ir lankstumo hidrogeliai sujungia du fizinius kiaušinius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.