Nat Commun：微型显微镜帮助揭示大脑疾病的发生机理

约翰·霍普金斯医学研究小组最近开发了一种相对便宜的便携式迷你显微镜，可以提高科学家对活体小鼠大脑中癌症，中风，阿尔茨海默病和其他疾病的研究效果 。该装置的尺寸小于5立方厘米，停靠在动物的头上，并收集来自小鼠活跃大脑的实时图像，这些大脑在环境中自然移动。

“这项技术使我们能够在疾病模型的整个生命周期内记录大量基础功能的大量数据，”约翰霍普金斯大学放射学和生物医学工程副教授Arvind Pathak博士说。

相关结果最近在《Nature Communications》上发表。

（图片来源：Arvind Pathak）

研究人员说，用于大脑成像研究的传统显微镜是大型固定显微镜，这种显微镜价格过高，耗资数万美元，并且不利于长时间成像。

此外，台式显微镜的庞大特性要求实验室动物完全静止成像。这通常需要动物反复麻醉以获得清晰的图像。麻醉的大脑经历与疾病无关的变化，可能在真实结果和大脑对麻醉药物的反应之间混淆水域。

新型显微镜的功能类似于迷你GoPro运动相机，能够实时捕捉图像并且完全便携。这消除了麻醉动物进行成像的需要，使研究人员能够以更自然的状态观察疾病变化，并将这些变化与动物的行为联系起来。

与其他小型显微镜相比，新显微镜为研究人员提供了三种成像选择，可以随着时间的推移观察小鼠大脑的变化：荧光成像，观察神经元发射或跟踪荧光标记的细胞;所谓的内在光学信号成像，用于观察疾病过程中血管结构的变化;和激光散斑对比成像随着疾病的进展跟随血流的变化。

Pathak和他的团队使用市售的微型元件构建了原型设备，例如LED灯，显微镜镜头，图像传感器和定制的3D打印组件。将显微镜对接到鼠标头部的外壳完全是3D打印并可重复使用。首席作者Janaka Senarathna说，整个设置然后插入笔记本电脑，研究人员可以收集和分析图像。

在一项旨在跟踪脑肿瘤过程的概念验证实验中，研究小组为小鼠的大脑注射了经过基因工程改造的人脑癌细胞，以便在显微镜下观察它们。然后他们将显微镜安装在鼠标头上，并在16天内连续对小鼠进行成像。

在这段时间收集的图像中，随着癌症的发展，研究人员能够观察到新的血管在肿瘤旁边生长。然后研究人员能够在动态重塑这些血管期间测量血流变化。

“我们每天成功监测这些微观变化，这使我们能够非常详细地观察疾病的各个方面，”Pathak说。这种显微镜可以成为一种强有力的工具，用于成像新药对这些疾病的影响。“这只是这项技术效用的一个例子，有一天可能会对如何最好地评估对治疗的反应产生影响”。

资讯出处：Mini microscope for studies of brain disease in living mice

原始出处：Janaka Senarathna, Hang Yu, Callie Deng, Alice L. Zou, John B. Issa, Darian H. Hadjiabadi, Stacy Gil, Qihong Wang, Betty M. Tyler, Nitish V. Thakor, Arvind P. Pathak. A miniature multi-contrast microscope for functional imaging in freely behaving animals. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07926-z

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