Работая с мышами, группа исследователей из Университета Джона Хопкинса разработала относительно недорогой портативный мини-микроскоп, который может улучшить способность ученых визуализировать последствия рака, инсульта, болезни Альцгеймера и других состояний в мозге живых существ. и активных мышей с течением времени. Устройство размером менее 5 кубических сантиметров закрепляется на головах животных и собирает в реальном времени изображения активного мозга мышей, которые естественным образом перемещаются в окружающей среде.
«Эта технология позволяет нам записывать действительно большие объемы данных об основных функциях мозга в течение жизни модели болезни», - говорит Арвинд Патхак, доктор философии. D., адъюнкт-профессор радиологии и биомедицинской инженерии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса и член Онкологического центра Киммела Джона Хопкинса.
Отчет о разработке мини-микроскопа был опубликован 9 января в Nature Communications.
Традиционные микроскопы, используемые в исследованиях мозга, представляют собой большие стационарные микроскопы, которые могут быть непомерно дорогими и могут стоить десятки тысяч долларов, говорят исследователи, что ограничивает количество лабораторий, способных проводить визуализацию в течение длительных периодов времени.
Кроме того, громоздкие настольные микроскопы требуют, чтобы лабораторные животные были полностью неподвижны для визуализации. Это часто требует повторной анестезии животных, чтобы получить четкие изображения. Мозг под анестезией претерпевает изменения, не связанные с болезнью, что потенциально мутит воду между реальными результатами и реакцией мозга на анестетик.
Новый микроскоп, который работает как мини-экшн-камера GoPro, способен делать снимки в режиме реального времени и является полностью портативным. Это устраняет необходимость анестезии животных для визуализации, позволяя исследователям наблюдать за изменениями болезни в более естественном состоянии и связывать такие изменения с поведением животного.
В отличие от других мини-микроскопов, новый микроскоп предлагает исследователям три варианта визуализации для наблюдения за изменениями в мозге мыши по мере прогрессирования заболевания с течением времени: флуоресцентная визуализация для наблюдения за активностью нейронов или отслеживания клеток с флуоресцентной меткой; так называемая визуализация внутреннего оптического сигнала для наблюдения за изменениями в структуре кровеносных сосудов на протяжении болезни; и лазерная спекл-контрастная визуализация для наблюдения за изменениями кровотока по мере прогрессирования заболевания.
Патак и его команда построили прототип устройства, используя имеющиеся в продаже миниатюрные компоненты, такие как светодиодные фонари, линзы микроскопа, датчики изображения и изготовленные на заказ компоненты, напечатанные на 3D-принтере. Корпус, в котором микроскоп крепится к голове мыши, полностью напечатан на 3D-принтере и может использоваться повторно. Вся установка, говорит ведущий автор Джанака Сенаратна, затем подключается к портативному компьютеру, где исследователи могут собирать и анализировать изображения.
В экспериментальном эксперименте, предназначенном для отслеживания течения опухоли головного мозга, исследовательская группа вводила в мозг мышей раковые клетки человеческого мозга, генетически сконструированные так, чтобы они светились, чтобы их можно было увидеть под микроскопом. Затем они установили микроскоп на голову мыши и непрерывно фотографировали мышей в течение 16 дней.
На изображениях, собранных за это время, исследователи смогли наблюдать, как новые кровеносные сосуды растут вместе с опухолью по мере прогрессирования рака. Затем исследователи смогли измерить изменения кровотока во время динамического ремоделирования этих кровеносных сосудов.
"Мы успешно отслеживали эти микроскопические изменения на ежедневной основе, что позволило нам наблюдать аспекты болезни в поразительных деталях", - говорит Патхак.
Патхак сказал, что один замечательный аспект заключается в том, что этот микроскоп может быть мощным инструментом для визуализации действия новых лекарств от таких заболеваний.
«Это всего лишь один пример полезности этой технологии, который когда-нибудь может повлиять на то, как лучше всего оценивать реакцию на лечение», - говорит Патхак.
Исследователи, которые работают с Johns Hopkins Technology Ventures над созданием этой технологии, говорят, что коммерческая версия может стоить примерно в 10 раз меньше, чем доступные в настоящее время модели, и они планируют усовершенствовать устройство, чтобы делать более четкие изображения и мониторить дополнительные функции мозга.
К другим исследователям, участвовавшим в этом исследовании, относятся Ханг Ю, Калли Денг, Элис Цзоу, Джон Исса, Дариан Хаджиабади, Стейси Гил, Цихонг Ван, Бетти Тайлер и Нитиш Такор из Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.
Джанака Сенаратна, Ханг Ю, Нитиш Тхакор и Арвинд Патхак ожидают получения международного патента (PCT/US18/40979). Остальные авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.