Современные достижения в области нейронауки открывают новые горизонты в изучении мозга. Учёные из Массачусетского технологического института представили уникальную микроскопическую методику, позволяющую визуализировать структуру и активность мозга без разрушения его тканей.

Такой подход обещает значительный прогресс в диагностике нейродегенеративных заболеваний, улучшении нейрохирургических методик и мониторинге мозговой активности в режиме реального времени.

Проблемы традиционных методов микроскопии

Традиционные методы микроскопии при изучении глубоких слоёв мозговой ткани сталкивались с рядом ограничений. Для получения изображения таких ключевых областей, как гиппокамп, ответственный за память и обучение, зачастую прибегали к инвазивным процедурам. Это могло выражаться в физическом повреждении тканей, применении специализированных красителей или даже генетических модификациях, что искажало полученные данные или делало их неприменимыми для живых тканей.

Препятствием служило также рассеивающие и поглощающие свойства биологических тканей для стандартных световых волн, что не позволяло получать изображение глубоко расположенных участков мозга.

Принцип работы нового микроскопа

Разработанная технология основана на методе трёхфотонной фотоакустической визуализации, который совмещает преимущества лазерного освещения и акустической регистрации.

Основные этапы метода можно условно разделить на следующие стадии:

1. Лазерные импульсы

Устройство генерирует ультракороткие, высокоинтенсивные световые импульсы с увеличенной длиной волны, что позволяет свету проникать глубже в ткани за счёт меньшего рассеяния.

2. Тепловая активация

При попадании лазерного сигнала в молекулы внутри клеток, они поглощают энергию, что вызывает тепловое расширение клеток.

3. Генерация акустических волн

Возникающее тепло приводит к формированию акустических волн, распространяющихся от областей нагрева.

4. Регистрация сигналов

Специально настроенный ультразвуковой датчик фиксирует акустические волны и преобразует их в цифровые данные.

5. Обработка и визуализация

С помощью специализированного программного обеспечения полученные данные анализируются алгоритмами, создающими детализированное изображение как структурной организации тканей, так и их метаболической активности.

Достижения и перспективы

В ходе лабораторных испытаний новая методика позволила визуализировать живые тканевые структуры, в том числе церебральные органоиды – трёхмерные модели, полученные из стволовых клеток, которые имитируют особенности мозговой ткани.

Особое внимание уделялось анализу присутствия молекул NAD(P)H, являющихся маркерами клеточного метаболизма и нейронной активности. Это открывает возможности для диагностики и исследования таких патологий, как:

– Болезнь Альцгеймера

– Синдром Ретта

– Судорожные расстройства

Способность получать структурное изображение клеток без применения дополнительных меток позволяет одновременно оценивать морфологию и функциональное состояние тканей.

Представленный инновационный подход позволяет проводить неинвазивный анализ тканей мозга в их естественном состоянии

Эта технология представляет собой прорыв в нейронауке, способствуя более точной диагностике и эффективному лечению широкого спектра неврологических заболеваний, одновременно предоставляя уникальные инструменты для мониторинга активности мозга в реальном времени.

Источник: публикация в журнале Light: Science and Applications.

Текст: Foxtime.ru

Фото: TurboTextAI