約翰霍普金斯醫(yī)學研究小組與老鼠合作，開發(fā)了一種相對便宜的便攜式微型顯微鏡，可以提高科學家影響老鼠大腦中癌癥、中風、阿爾茨海默病等疾病的能力。該設備的體積不到5立方厘米，它靠在動物的頭部，從老鼠活躍的大腦中收集實時圖像，老鼠在環(huán)境中自然移動?！斑@項技術使我們能夠在疾病模型的整個生命周期中記錄大量基本功能的數(shù)據(jù)，”約翰霍普金斯大學放射學和生物醫(yī)學工程副教授Arvind Pathak博士說。醫(yī)學，約翰霍普金斯金梅爾癌癥中心的成員。
1月9日，《自然通訊》發(fā)表了關于微型顯微鏡發(fā)展的報告。
研究人員表示，用于腦成像研究的傳統(tǒng)顯微鏡是大型固定顯微鏡，價格過于昂貴，花費數(shù)萬美元，限制了長期成像的實驗室數(shù)量。
此外，臺式顯微鏡的巨大特點要求實驗動物完全靜止進行成像。這通常需要對動物進行反復麻醉才能獲得清晰的圖像。被麻醉的大腦經(jīng)歷了與疾病無關的變化，這可能會混淆真實結果和大腦對麻醉藥物的反應之間的界限。
新顯微鏡的功能類似于mini GoPro運動相機，可以實時捕捉圖像，完全便攜。這消除了對麻醉動物成像的需要，并使研究人員能夠在更自然的狀態(tài)下觀察疾病變化，并將這些變化與動物行為聯(lián)系起來。
與其他小型顯微鏡相比，這種新型顯微鏡為研究人員提供了三種成像選擇，可以觀察小鼠大腦隨時間的變化：熒光成像，觀察發(fā)出或追蹤熒光標記細胞的神經(jīng)元；所謂內(nèi)在光信號成像，是用來觀察疾病過程中血管結構的變化；而激光散斑對比成像則是隨著疾病的進展而跟隨血流的變化。
Pathak和他的團隊使用商業(yè)上可獲得的微組件來構建原型設備，例如LED燈、顯微鏡鏡頭、圖像傳感器和定制的3D打印組件。連接顯微鏡和鼠標頭的外殼完全是3D打印的，可以重復使用。第一作者Janaka Senarathna說，整個裝置隨后被插入筆記本電腦，研究人員可以收集和分析圖像。
在一項旨在追蹤腦瘤進程的概念驗證實驗中，研究團隊將基因工程改造的人類腦癌細胞注入小鼠大腦，在顯微鏡下觀察。然后，他們將顯微鏡安裝在老鼠頭上，并對老鼠連續(xù)成像16天。
在這段時間采集的圖像中，隨著癌癥的發(fā)展，研究人員可以觀察到腫瘤旁新血管的生長。然后，研究人員可以測量這些血管動態(tài)重塑過程中的血流變化。“我們每天都成功地監(jiān)測這些微觀變化，這使我們能夠非常詳細地觀察疾病的各個方面，”Pathak說。
Pathak說，一個顯著的方面是，這種顯微鏡可以成為一種強大的工具，用于成像新藥對這些疾病的影響。Pathak說：“這只是這項技術有效性的一個例子，有朝一日可能會對如何最好地評估治療反應產(chǎn)生影響。與約翰霍普金斯科技風險投資有限公司合作開發(fā)這項技術的研究人員表示，商用版本的成本可能比現(xiàn)有模型低10倍左右，他們計劃改進設備，以捕捉更清晰的圖像并監(jiān)控其他大腦功能。
參與這項研究的其他研究人員包括、凱麗鄧、艾麗絲鄒、約翰伊薩、達連哈德賈巴迪、史黛西吉爾、王、貝蒂泰勒和約翰霍普金斯大學醫(yī)學院的尼提什塔科爾。
該研究得到了國家癌癥研究所(1R21CA175784-01，1R01CA196701，P30NS050274)和Kavli神經(jīng)科學杰出獎學金的資助。
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