«Визуализация биологической динамики в невозмущенной среде, глубоко в живом организме, необходима для понимания сложной биологии живых организмов и развития болезней», – сказал руководитель исследовательской группы Даниэль Разански из Цюрихского университета и ETH Zurich, оба в Швейцарии. «Наше исследование представляет собой первый случай, когда трехмерная флуоресцентная микроскопия была проведена полностью неинвазивно с разрешением на уровне капилляров в мозге взрослой мыши, эффективно покрывая поле зрения около 1 сантиметра."
В Optica, журнале Оптического общества (OSA), посвященном высокоэффективным исследованиям, исследователи описывают свою новую технику, которая называется диффузной оптической визуализацией локализации (DOLI). Он использует преимущество так называемого второго спектрального окна в ближней инфракрасной области (NIR-II) от 1000 до 1700 нанометров, которое демонстрирует меньшее рассеяние.
«Обеспечение оптических наблюдений с высоким разрешением в глубоких живых тканях представляет собой давнюю цель в области биомедицинской визуализации», – сказал Разанский. «Превосходное разрешение DOLI для оптических наблюдений за глубокими тканями может обеспечить функциональное понимание мозга, что делает его многообещающей платформой для изучения нейронной активности, микроциркуляции, нейрососудистого взаимодействия и нейродегенерации."
Достижение большей глубины
Для нового метода исследователи внутривенно вводят живой мыши флуоресцентные микрокапли в концентрации, которая создает разреженное распределение в кровотоке.
Отслеживание этих движущихся целей позволяет реконструировать карту с высоким разрешением глубоких церебральных микрососудов в головном мозге мыши.
«Этот метод устраняет рассеяние фонового света и применяется при неповрежденных коже черепа и черепа», – сказал Разанский. «Интересно, что мы также наблюдали сильную зависимость размера пятна, записанного камерой, от глубины микрокапли в мозгу, что позволило получать изображения с разрешением по глубине."
Новый подход основан на недавнем внедрении высокоэффективных коротковолновых инфракрасных камер на основе датчиков InGaAs.
Другим ключевым строительным блоком было использование новых контрастных агентов, демонстрирующих сильные флуоресцентные отклики в окне NIR-II, таких как квантовые точки на основе сульфида свинца (PbS).
Четкое и ясное изображение
Исследователи сначала протестировали новую технику на синтетических моделях тканей, известных как тканевые фантомы, которые имитируют средние свойства ткани мозга, демонстрируя, что они могут получать изображения с микроскопическим разрешением на глубине до 4 миллиметров в оптически непрозрачных тканях. Затем они выполнили DOLI на живых мышах, где микрососуды головного мозга, а также скорость и направление кровотока можно было визуализировать совершенно неинвазивно.
Исследователи работают над оптимизацией точности во всех трех измерениях, чтобы улучшить разрешение DOLI. Они также разрабатывают улучшенные флуоресцентные агенты, которые меньше по размеру, имеют более высокую интенсивность флуоресценции и более стабильны in vivo.
Это значительно повысит производительность DOLI с точки зрения достижимого отношения сигнал / шум и глубины изображения.
«Мы ожидаем, что DOLI станет мощным подходом к флуоресцентной визуализации живых организмов на ранее недоступных режимах глубины и разрешения», – сказал Разанский. "Это значительно повысит применимость методов флуоресцентной микроскопии и томографии in vivo."