Compensarea aberațiilor optice induse de eșantion este crucială pentru vizualizarea structurilor microscopice adânci în țesuturile biologice. Cu toate acestea, împrăștierea multiplă puternică limitează capacitatea de a detecta și repara erorile induse de țesut.
Prin urmare, pentru a obține o imagine de înaltă rezoluție a țesuturilor profunde, este esențială eliminarea undelor împrăștiate multiple și creșterea raportului undelor unice împrăștiate. Oamenii de știință, conduși de directorul asociat CHOI Wonshik al Centrului pentru Spectroscopie și Dinamică Moleculară din cadrul Institutului pentru Științe de bază, profesorul KIM Moonseok de la Universitatea Catolică din Coreea și profesorul CHOI Myunghwan de la Universitatea Națională din Seul au dezvoltat un nou tip de microscop holografic, vezi prin craniu și imaginează creier.
Noul microscop poate realiza „vede prin” craniul intact și este capabil de imagini 3D de înaltă rezoluție a rețelei neuronale din creierul unui șoarece viu, fără a îndepărta craniul.
În 2019, oamenii de știință din IBS– pentru prima dată – a dezvoltat microscopul holografic de mare viteză, rezolvat în timp, care poate elimina împrăștierea multiplă. În același timp, măsoară amplitudinea și faza luminii.
Folosind microscopul, ei au putut observa rețeaua neuronală a peștilor vii fără intervenții chirurgicale incizie. Cu toate acestea, a fost dificil de obținut o imagine a rețelei neuronale a creierului șoarecilor, deoarece craniul unui șoarece este mai gros decât cel al peștilor.
Echipa de studiu a reușit să analizeze cantitativ modul în care lumina și materia interacționează, ceea ce le-a permis să-și dezvolte microscopul anterior. Acest studiu recent a raportat dezvoltarea cu succes a unui microscop holografic tridimensional cu rezoluție în timp super-profunzime, care permite observarea țesuturilor la o adâncime mai mare decât oricând înainte.
Oamenii de știință, în special, au dezvoltat o metodă pentru a selecta în mod preferențial undele cu o singură împrăștiere, profitând de faptul că au forme de undă de reflexie similare chiar și atunci când lumina este introdusă din diferite unghiuri.
Pentru a descoperi modul de rezonanță care optimizează interferența constructivă (interferența care are loc atunci când undele din aceeași fază se suprapun), se utilizează un algoritm complicat și o operație numerică care examinează modul propriu al unui mediu (o undă distinctă care distribuie energia luminii într-un mediu). Acest lucru a permis noului microscop să filtreze selectiv semnalele nedorite în timp ce concentrează de peste 80 de ori mai multă energie luminoasă pe fibrele creierului ca anterior. Acest lucru a făcut posibilă creșterea raportului dintre undele cu o singură împrăștiere și undele cu mai multe împrăștie cu mai multe ordine de mărime.
Ulterior, oamenii de știință au testat tehnologia observând creierul șoarecelui. Chiar și la o adâncime în care utilizarea tehnologiei actuale era anterior imposibilă, distorsiunea frontului de undă putea fi corectată folosind microscopul. Noul microscop a realizat cu succes imaginea rețelei neuronale a creierului șoarecelui de sub craniu, la rezoluție înaltă. Toate acestea au fost realizate la lungimea de undă vizibilă fără a scoate craniul șoarecelui și fără a folosi un marker fluorescent.
Profesorul KIM Moonseok și Dr. JO Yonghyeon, care au dezvoltat fundamentul microscopului olografic, au spus: „Când am observat pentru prima dată rezonanța optică a mediilor complexe, munca noastră a primit o mare atenție din partea mediului academic. De la principiile de bază până la aplicarea practică a observării rețelei neuronale de sub craniul șoarecelui, am deschis o nouă cale pentru tehnologia convergentă de neuroimagini cerebrale, combinând eforturile oamenilor talentați în fizică, viață și creier ştiinţă."
Directorul asociat CHOI Wonshik a spus: „De mult timp, Centrul nostru a dezvoltat o tehnologie de bioimagini de mare adâncime care aplică principii fizice. Este de așteptat ca descoperirea noastră actuală să contribuie în mare măsură la dezvoltarea cercetării biomedicale interdisciplinare, inclusiv neuroștiințe și industria metrologiei de precizie.”
Referința jurnalului:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Imagini ale creierului prin craniu in vivo la lungimi de undă vizibile prin microscopie optică adaptivă de reducere a dimensionalității. Avansuri de știință, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
