Kompensasi penyimpangan optik yang diinduksi sampel sangat penting untuk memvisualisasikan struktur mikroskopis jauh di dalam jaringan biologis. Hamburan ganda yang kuat, bagaimanapun, membatasi kemampuan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan yang disebabkan oleh jaringan.
Oleh karena itu, untuk mendapatkan gambar jaringan dalam resolusi tinggi, menghilangkan gelombang hamburan ganda dan meningkatkan rasio gelombang hamburan tunggal sangat penting. Para ilmuwan, yang dipimpin oleh Associate Director CHOI Wonshik dari Pusat Spektroskopi dan Dinamika Molekuler dalam Institut Sains Dasar, Profesor KIM Moonseok dari Universitas Katolik Korea, dan Profesor CHOI Myunghwan dari Universitas Nasional Seoul mengembangkan jenis mikroskop holografik baru, untuk lihat melalui tengkorak dan gambarkan otak.
Mikroskop baru dapat mencapai "tembus pandang" tengkorak yang utuh dan mampu melakukan pencitraan 3D resolusi tinggi dari jaringan saraf di dalam otak tikus yang hidup tanpa mengeluarkan tengkoraknya.
Pada 2019, para ilmuwan dari IBS– untuk pertama kalinya- mengembangkan mikroskop holografik berkecepatan tinggi yang dapat menghilangkan banyak hamburan. Pada saat yang sama, ia mengukur amplitudo dan fase cahaya.
Dengan menggunakan mikroskop, mereka dapat mengamati jaringan saraf ikan hidup tanpa operasi insisi. Namun, sulit untuk mendapatkan citra jaringan saraf otak tikus karena tengkorak tikus lebih tebal daripada ikan.
Tim peneliti mampu menganalisis secara kuantitatif bagaimana cahaya dan materi berinteraksi, yang memungkinkan mereka mengembangkan mikroskop sebelumnya lebih jauh. Studi baru-baru ini melaporkan keberhasilan pengembangan mikroskop holografik tiga dimensi yang sangat dalam, yang memungkinkan pengamatan jaringan lebih dalam daripada sebelumnya.
Para ilmuwan, khususnya, mengembangkan metode untuk memilih gelombang hamburan tunggal dengan memanfaatkan fakta bahwa mereka memiliki bentuk gelombang refleksi yang serupa bahkan ketika cahaya dimasukkan dari berbagai sudut.
Untuk menemukan mode resonansi yang mengoptimalkan interferensi konstruktif (interferensi yang terjadi ketika gelombang dari fase yang sama tumpang tindih), digunakan algoritma yang rumit dan operasi numerik yang memeriksa mode eigen suatu medium (gelombang berbeda yang mendistribusikan energi cahaya ke dalam medium). Ini memungkinkan mikroskop baru untuk secara selektif menyaring sinyal yang tidak diinginkan sambil memfokuskan lebih dari 80 kali lebih banyak energi cahaya pada serat otak seperti sebelumnya. Hal ini memungkinkan untuk meningkatkan rasio gelombang hamburan tunggal ke gelombang hamburan ganda dengan beberapa kali lipat.
Para ilmuwan selanjutnya menguji teknologi tersebut dengan mengamati otak tikus. Bahkan pada kedalaman yang sebelumnya tidak mungkin menggunakan teknologi saat ini, distorsi muka gelombang dapat dikoreksi dengan menggunakan mikroskop. Mikroskop baru berhasil mencitrakan jaringan saraf otak tikus di bawah tengkorak dalam resolusi tinggi. Semua ini dicapai dalam panjang gelombang yang terlihat tanpa mengeluarkan tengkorak tikus dan tanpa menggunakan penanda fluoresen.
Profesor KIM Moonseok dan Dr. JO Yonghyeon, yang telah mengembangkan dasar mikroskop holografik, berkata, “Ketika kami pertama kali mengamati resonansi optik dari media yang kompleks, pekerjaan kami mendapat perhatian besar dari akademisi. Dari prinsip dasar hingga aplikasi praktis mengamati jaringan saraf di bawah tengkorak tikus, kami telah membuka cara baru untuk teknologi konvergensi neuroimaging otak dengan menggabungkan upaya orang-orang berbakat dalam fisika, kehidupan, dan otak ilmu."
Associate Director CHOI Wonshik berkata, “Untuk waktu yang lama, Pusat kami telah mengembangkan teknologi bioimaging super mendalam yang menerapkan prinsip-prinsip fisik. Diharapkan temuan kami saat ini akan sangat berkontribusi pada pengembangan penelitian interdisipliner biomedis, termasuk ilmu saraf dan industri metrologi presisi.”
Referensi Jurnal:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Pencitraan otak melalui tengkorak in vivo pada panjang gelombang yang terlihat melalui pengurangan dimensi mikroskop optik adaptif. Kemajuan ilmu pengetahuan, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
