روش میکروسکوپی جدید تصویربرداری از اعماق مغز را ممکن می‌کند

از روش میکروسکوپی فلورسانس معمولا برای تصویربرداری از جزئیات سلولی و مولکولی مغز در مدل‌های حیوانی بیماری‌های مختلف استفاده می‌شود؛ اما تاکنون به‌دلیل پراکندگی شدید نور به‌وسیله پوست و جمجمه، این روش به حجم‌های کوچک و رویه‌های بسیار تهاجمی محدود بوده است. دنیل رازانسکی، رهبر تیم پژوهشی از دانشگاه زوریخ گفت:

تصویربرداری از پویایی زیستی در محیطی که در آن اختلالی ایجاد نشده و اعماق بدن موجود زنده برای درک زیست‌شناسی پیچیده موجودات زنده و پیشرفت بیماری‌های ضروری است. مطالعه ما اولین موردی است که در آن از روش میکروسکوپی فلورسانس سه‌بُعدی به‌طور کاملا غیرتهاجمی در وضوحی در سطح مویرگ‌ها در مغز موش بالغ استفاده می‌شود که میدان دید حدود یک سانتی‌مترمربع را به‌طور مؤثر پوشش می‌دهد.

روش تصویربرداری جدید می‌تواند تصاویری از عروق خونی اعماق مغز موش‌ها بگیرد. تصویر فلورسانس معمولی از مغز موش که به‌طور غیرتهاجمی در طیف نور مرئی گرفته شده، در سمت چپ و رویکرد غیرتهاجمی DOLI در سمت راست نشان داده شده است.

پژوهشگران تکنیک جدیدشان را در مجله Optica توصیف کرده‌اند. این روش که DOLI نام گرفته است، از مزیت پنجره طیفی نزدیک مادون قرمز دوم (NIR-II) بهره می‌برد که در محدوده ۱،۰۰۰ تا ۱،۷۰۰ نانومتر قرار دارد و پراکندگی کمتری نشان می‌دهد. رازانسکی گفت:

توانایی دستیابی به مشاهدات نوری با وضوح چشمگیر در بافت‌های زنده عمیق یکی از اهداف دیرینه تصویربرداری زیست‌پزشکی است. وضوح عالی DOLI برای مشاهدات نوری بافت‌های عمیق می‌تواند بینش‌های عملکردی در زمینه مغز ایجاد و آن را به بستر امیدوارکننده‌ای برای مطالعه فعالیت عصبی، ریزجریان، اتصال عصبی‌عروقی و تخریب عصبی تبدیل کند.

پژوهشگران در روش جدید خود ریزقطرات فلورسنت را در غلظتی به موش‌های زنده تزریق کردند که توزیع پراکنده‌ای در جریان خون ایجاد می‌کند. ردیابی این اهداف سیال امکان بازسازی نقشه‌ای با وضوح درخورتوجه از بافت‌های عروقی ریز اعماق مغز موش را فراهم می‌کند. رازانسکی گفت:

این روش پراکندگی نور پس‌زمینه را حذف می‌کند و به دست‌کاری پوست سر و جمجمه نیازی ندارد. جالب اینکه ما ارتباطی قوی بین اندازه نقطه ثبت‌شده با دوربین و عمق آن در مغز نیز مشاهده کردیم که تصویربرداری با تفکیک عمق را ممکن می‌کند.

در رویکرد جدید، از دوربین‌های مادون‌قرمز با موج کوتاه مبتنی‌بر حسگرهای InGaAs استفاده شده است که اخیرا معرفی شده‌اند. یکی دیگر از عناصر مهم سازنده، استفاده از عوامل جدید کنتراست مانند نقاط کوانتومی مبتنی‌بر سولفید سرب بود که در پنجره NIR-II پاسخ‌های فلورسانس قوی نشان می‌دهد.

پژوهشگران روش جدید را در بافت‌های مصنوعی دارای ویژگی‌های مشابه بافت مغز آزمایش کردند و نشان دادند که می‌توانند در بافت‌هایی که ازنظر نوری مات هستند، تا اعماق چهارمیلی‌متری به وضوح میکروسکوپی دست پیدا کنند.

پژوهشگران ابتدا روششان را روی مدل‌های مصنوعی از بافت‌ها آزمایش کردند و نشان دادند که می‌توانند در بافت‌هایی که ازنظر نوری مات هستند، تا اعماق چهارمیلی‌متری به وضوح میکروسکوپی دست پیدا کنند. سپس، DOLI را در موش‌های زنده به‌کار بردند و توانستند عروق ریز مغز و نیز سرعت و جهت جریان خون را به‌شیوه‌ای کاملا غیرتهاجمی آشکار کنند.

پژوهشگران برای بهینه‌سازی دقت در هر سه بُعد برای بهبود وضوح DOLI تلاش می‌کنند و در حال ایجاد عوامل فلورسانس بهبودیافته هستند که کوچک‌ترند و شدت فلورسانس بیشتری دارند و نیز درون بدن پایدارترند. این امر به‌طور درخورتوجهی کارایی DOLI را ازنظر نسبت سیگنال به نویز و عمق تصویر تقویت خواهد کرد. رازانسکی افزود:

انتظار داریم DOLI به‌عنوان روش قدرتمندی برای تصویربرداری فلورسانس از موجودات زنده در وضوح و عمقی ظاهر شود که قبلا قابل‌دستیابی نبود. این امر کارایی درون‌تنی روش‌های توموگرافی و میکروسکوپی مبتنی‌بر فلورسانس را تا حد زیادی افزایش خواهد داد.