約翰霍普金斯醫(yī)學(xué)研究小組與老鼠合作，開發(fā)了一種相對(duì)便宜的便攜式微型顯微鏡，可以提高科學(xué)家影響老鼠大腦中癌癥、中風(fēng)、阿爾茨海默病等疾病的能力。該設(shè)備的體積不到5立方厘米，它靠在動(dòng)物的頭部，從老鼠活躍的大腦中收集實(shí)時(shí)圖像，老鼠在環(huán)境中自然移動(dòng)。“這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠在疾病模型的整個(gè)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(xué)放射學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Arvind Pathak博士說(shuō)。醫(yī)學(xué)，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(guān)于微型顯微鏡發(fā)展的報(bào)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(jià)格過(guò)于昂貴，花費(fèi)數(shù)萬(wàn)美元，限制了長(zhǎng)期成像的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量。
此外，臺(tái)式顯微鏡的巨大特點(diǎn)要求實(shí)驗(yàn)動(dòng)物完全靜止進(jìn)行成像。這通常需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行反復(fù)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(wú)關(guān)的變化，這可能會(huì)混淆真實(shí)結(jié)果和大腦對(duì)麻醉藥物的反應(yīng)之間的界限。
新顯微鏡的功能類似于mini GoPro運(yùn)動(dòng)相機(jī)，可以實(shí)時(shí)捕捉圖像，完全便攜。這消除了對(duì)麻醉動(dòng)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(dòng)物行為聯(lián)系起來(lái)。
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(shí)間的變化：熒光成像，觀察發(fā)出或追蹤熒光標(biāo)記細(xì)胞的神經(jīng)元；所謂內(nèi)在光信號(hào)成像，是用來(lái)觀察疾病過(guò)程中血管結(jié)構(gòu)的變化；而激光散斑對(duì)比成像則是隨著疾病的進(jìn)展而跟隨血流的變化。
Pathak和他的團(tuán)隊(duì)使用商業(yè)上可獲得的微組件來(lái)構(gòu)建原型設(shè)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(biāo)頭的外殼完全是3D打印的，可以重復(fù)使用。第一作者Janaka Senarathna說(shuō)，整個(gè)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(xiàng)旨在追蹤腦瘤進(jìn)程的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將基因工程改造的人類腦癌細(xì)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(duì)老鼠連續(xù)成像16天。
在這段時(shí)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(zhǎng)。然后，研究人員可以測(cè)量這些血管動(dòng)態(tài)重塑過(guò)程中的血流變化?！拔覀兠刻於汲晒Φ乇O(jiān)測(cè)這些微觀變化，這使我們能夠非常詳細(xì)地觀察疾病的各個(gè)方面，”Pathak說(shuō)。
Pathak說(shuō)，一個(gè)顯著的方面是，這種顯微鏡可以成為一種強(qiáng)大的工具，用于成像新藥對(duì)這些疾病的影響。Pathak說(shuō)：“這只是這項(xiàng)技術(shù)有效性的一個(gè)例子，有朝一日可能會(huì)對(duì)如何最好地評(píng)估治療反應(yīng)產(chǎn)生影響。與約翰霍普金斯科技風(fēng)險(xiǎn)投資有限公司合作開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)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(jì)劃改進(jìn)設(shè)備，以捕捉更清晰的圖像并監(jiān)控其他大腦功能。
參與這項(xiàng)研究的其他研究人員包括、凱麗鄧、艾麗絲鄒、約翰伊薩、達(dá)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(xué)醫(yī)學(xué)院的尼提什塔科爾。
該研究得到了國(guó)家癌癥研究所(1R21CA175784-01，1R01CA196701，P30NS050274)和Kavli神經(jīng)科學(xué)杰出獎(jiǎng)學(xué)金的資助。
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