低成本多功能介观镜使啮齿类动物的大脑成像更容易

发布时间：2024-03-21 16:18:57 栏目：精选百科

导读 人类/哺乳动物的大脑可以说是已知的最复杂的生物系统。即使在见证了神经科学的巨大进步之后，我们仍然远未全面了解哺乳动物的大脑及其病理...

人类/哺乳动物的大脑可以说是已知的最复杂的生物系统。即使在见证了神经科学的巨大进步之后，我们仍然远未全面了解哺乳动物的大脑及其病理学。我们实现这一目标的一个重要障碍是神经成像系统的高成本，例如研究动物模型时使用的系统。例如，考虑磁共振成像系统。虽然这些设备提供了卓越的三维空间分辨率，但它们也具有巨大的购买和维护成本，这限制了它们在临床前研究和基础科学研究中的使用。同样，大多数定制的“介观镜”结合了适当大小的视场 (FOV) 和高空间和时间分辨率，依赖于昂贵的小像素尺寸 CMOS 相机。



来自新西兰的一个研究小组决定迎接挑战，让动物神经成像更容易实现。通过仔细选择和组合商用组件，他们构建了一种定制的低成本介观镜，具有对啮齿动物大脑进行成像的有吸引力的功能。他们的报告 发表在黄金开放获取期刊 《神经光子学》上。

该装置的一个关键特征是其模块化。该系统完全由“现成”组件组成，包括激发源、二向色镜、滤光片、镜头和 CMOS 相机，所有组件均布置在所谓的光学笼中。简而言之，所有元件都安装在一组钢杆和导轨上，不仅可以精确对准光路，而且可以自由移动并轻松重新配置。此外，大多数这些元件通常可以在光学实验室以可承受的价格获得，从而使整个系统变得高效且具有成本效益。

定制介观镜的另一个主要特点是其可逆串联透镜配置。这意味着物镜(靠近大脑)和成像镜头(靠近相机)可以互换。使用较大焦距的镜头作为物镜会产生更大的视场，这使得用户能够以较低的分辨率同时看到更大的大脑区域。另一方面，反向配置提供更小的视场，但具有更大的放大倍率和更高的分辨率。

这一特性使得所提出的介观镜具有多功能性并且能够适应不同的实验要求。“反转配置非常简单，不需要光学对准专业知识，”奥克兰大学的作者 Frédérique Vanholsbeeck 教授强调说。“如果研究人员更喜欢提高分辨率，他们可以轻松改变物镜和成像镜头的顺序，以在实验过程中实现更小的视场，”她解释道。

研究小组在一系列实验中彻底测试了他们的系统，包括 大鼠脑切片的 体外成像以及 新生小鼠和大鼠大脑的体内成像。体外实验 表明，所提出的介观镜可以捕获大脑切片的清晰荧光图像，实现单细胞分辨率。另一方面， 体内 实验展示了该系统通过头骨观察小鼠大脑皮层自发神经元活动的能力，这是通过使用基因引入动物体内的荧光钙探针实现的。

总的来说，这项研究中开发的介观镜可以使世界各地的科学家更容易获得神经成像，这可以显着加速神经科学和脑医学的进步。“我们定制的可逆FOV介观镜表现出优异的性能，并且具有成本效益;它的开发成本不到 10,000 美元，”Vanholsbeeck 教授说道，“精心挑选的组件确保了其紧凑性、便携性和多功能性，这意味着可以轻松容纳不同类型的样品和样品架，从而能够进行广泛的实验 体内 和 体外。”