a, Proyección de imágenes sagitales de mínima intensidad, o "rodajas", con diferentes espesores de proyección en la dirección coronal, mostrar citoarquitectura cortical y el cuerpo calloso (CC), sin corte de tejido físico. B, El decaimiento de la señal OCM (panel izquierdo) y la imagen coronal promediada (panel central) muestran capas subcorticales. CC:cuerpo calloso; O:estrato oriens; Rad:estrato radiactivo; DG:circunvolución dentada. Crédito:Jun Zhu, Hércules Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Lee-way Jin, y Vivek J. Srinivasan
Usando luz infrarroja cercana de longitud de onda larga, Los científicos de UC Davis desarrollaron un enfoque de microscopía sin etiquetas que logra una combinación única de alta resolución, e imágenes cerebrales mínimamente invasivas. La técnica visualiza neuronas y mielinización axonal a través del neocórtex del ratón y algunas regiones subcorticales, a través del cráneo adelgazado. Ahora se pueden realizar estudios de enfermedades cerebrales en las profundidades del cerebro del ratón mediante una preparación quirúrgica mínimamente invasiva y sencilla.
Las enfermedades del sistema nervioso central (SNC) como la enfermedad de Alzheimer (EA) se manifiestan temprano a nivel microscópico (es decir, celular), en lo profundo del cerebro. Todavía, Los microscopios ópticos que pueden ver células en el cerebro vivo son superficiales o invasivos. Las técnicas de imágenes de todo el cerebro, como la resonancia magnética, son profundas y no invasivas. pero carecen de resolución celular.
En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Vivek J. Srinivasan de los Departamentos de Oftalmología y Radiología y el Instituto Tech4Health, NYU Langone Health, ESTADOS UNIDOS, y compañeros de trabajo han desarrollado un enfoque de microscopía óptica sin etiquetas que tiene una capacidad única para obtener imágenes profundas, con alta resolución y mínima invasividad. Específicamente, demostraron un enfoque de microscopía de coherencia óptica (OCM) de alta apertura numérica in vivo que utiliza la ventana de absorción de agua de 1700 nm, donde se minimiza la atenuación de la luz por dispersión y absorción.
La ventana de absorción de agua de 1700 nm, también conocida como la tercera ventana de infrarrojo cercano (NIR), cuenta con un mínimo de absorción de agua local y una dispersión relativamente baja. En OCM, un espectro más amplio proporciona una resolución axial más fina, y con eso, una mayor capacidad para rechazar la luz dispersa múltiple que causa imágenes borrosas. Sin embargo, toda la ventana de 1700 nm, que se extiende desde 1560 a 1820 nm, a menudo no se usa:
a, El ratón transgénico 5xFAD tiene distintos grupos de alta dispersión (flechas rojas) y amplias regiones hiporreflectivas (asterisco amarillo), representado tanto en plano sagital (panel izquierdo) como frontal (panel derecho). Las imágenes en la cara codificadas por colores de profundidad de los axones mielinizados y las imágenes en escala de grises correspondientes ilustran la mieloarquitectura intacta en el compañero de camada de WT (b-c), mientras que sugiere desmielinización en capas más profundas del ratón AD (d-e). Tomados en conjunto, OCM muestra una mayor incidencia de hallazgos anormales en las capas IV-VI, en consonancia con la mayor carga de morbilidad en estas capas. Las barras de escala son de 0,1 mm. Crédito:Jun Zhu, Hércules Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Lee-way Jin, y Vivek J. Srinivasan
"La transición de longitudes de onda estándar a OCM de 1700 nm, mientras se usa de manera óptima toda la ventana de absorción de agua (no solo una parte de la ventana), ha sido muy difícil hasta la fecha debido a los numerosos desafíos de ingeniería óptica, "mencionaron los científicos.
Estos desafíos incluyen detectores ruidosos y fuentes de luz, dispersión cromática severa, y falta de componentes ópticos estandarizados. Los científicos abordaron estos problemas mediante la elección de una fuente de luz supercontinua de bajo ruido, un método personalizado de compensación de dispersión numérica, y diseño de sistemas ópticos. Con estos avances técnicos, arquitectura de células neuronales y mielina en toda la profundidad del neocórtex del ratón, y algunas regiones subcorticales, se pueden obtener imágenes a través de una preparación de cráneo adelgazado que preserva el espacio intracraneal.
"Los resultados representan profundidades sin precedentes para la obtención de imágenes cerebrales a escala celular a través de una preparación mínimamente invasiva. A continuación, investigamos el modelo de ratón 5xFAD de la enfermedad de Alzheimer (EA), que se espera que muestre una gradación de patología con profundidad cortical. Los resultados de las imágenes confirmaron la aparición de patología grave en la corteza profunda pero no superficial, que se pasaría por alto con técnicas de imagen más superficiales ".
Otra característica importante del método es que el contraste de la imagen surge de propiedades intrínsecas del propio cerebro. OCM no requiere ratones transgénicos ni la administración de compuestos. Pérdida del cuerpo de células neuronales, desmielinización de axones, placas y se pueden obtener imágenes de los cambios tisulares locales.
"Ahora la enfermedad se puede visualizar profundamente en el cerebro del ratón con una simple preparación quirúrgica, sin etiquetado exógeno. La ventana óptica de 1700 nm también puede cuantificar el contenido de lípidos y agua en los tejidos in vivo, que puede proporcionar más información sobre la progresión de la enfermedad, "pronostican los científicos.
