Nanoskalowe obrazowanie mózgu in vivo

Mikroskopia fluorescencyjna to potężne narzędzie umożliwiające naukowcom badanie dynamiki procesów biologicznych in vivo ze swoistością molekularną. Jednak wiele ważnych struktur komórkowych i subkomórkowych (takich jak synapsy i kolce w mózgu) nie może być badanych przy pomocy tradycyjnych technik fluorescencyjnych.


Jak się okazuje, tzw. barierę dyfrakcyjną mikroskopów optycznych dalekiego pola (soczewkowych) można pokonać, uzyskując rozdzielczość nanoskalową. Do niedawna metody te były jednak mało przydatne ze względu na niską jakość obrazu wnętrza żywych tkanek. W ramach finansowanego ze środków UE projektu "Intravital optical super-resolution imaging in the brain" (BRAIN STED) opracowano nową metodę obrazowania fluorescencyjnego nanoskalowych struktur i dynamiki żywych komórek i wewnętrznych tkanek, szczególnie w mózgu.


Zbudowany w ramach projektu BRAIN STED mikroskop o super wysokiej rozdzielczości przetestowano na próbkach żywych komórek. Urządzenie wykazało się konkurencyjną rozdzielczością, wysoką jakością obrazu oraz zdolnością do wykonywania zdjęć powtórnych (w celu porównania zmian w tkance po manipulacjach dokonywanych w ramach doświadczenia). W testach na komórkach nerwowych w hodowanej tkance mózgu oraz po wyeliminowaniu aberracji optycznych, technika umożliwiła uzyskanie wysokorozdzielczych obrazów neuronów głęboko w tkance. Co ważne, pozwala on na badanie skomplikowanej trójwymiarowej struktury neuronów w próbkach żywych tkanek.


Dzięki rozdzielczości nieograniczonej barierą dyfrakcyjną technologia ta toruje drogę ku obserwacji działania mózgu i nanoskalowej struktury także u żywych zwierząt. W przyszłości będzie można ją wykorzystać w miniaturowych urządzeniach obrazujących do nanoskopii in vivo. Technologia ta powinna rzucić światło na mechanizmy molekularne uczenia się i zapamiętywania. Mówiąc bardziej ogólnie, może ona umożliwić poznanie ważnych zależności między strukturą i funkcją praktycznie wszystkich komórek i tkanek zarówno w zdrowym, jak i chorym organizmie. Przyczyni się też do zdobycia przez UE czołowej pozycji w tym ważnym światowym sektorze.