Grupos de investigación dirigidos por el Prof. Bi Guoqiang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), y el Prof. Zhou Pengcheng de los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia China de China propusieron un diseño para microscopios de fluorescencia de cabeza ultracompactos, que se aplicaron a neuroobservaciones. El estudio fue publicado en National Science Review .
Los microscopios de cabeza se utilizan para obtener imágenes de calcio en animales que se comportan libremente. Sin embargo, las limitaciones de espacio y peso siguen siendo una barrera. En este estudio, los investigadores propusieron un microscopio de imágenes neuronales estrechamente integrado (TINIscope) con diseños ópticos, electrónicos y mecánicos optimizados. Con un peso de 0,43 g, TINIscope es el más ligero entre los microscopios de cabeza actuales. Debido a su tamaño compacto, el TINIscope es capaz de obtener imágenes de calcio en múltiples regiones.
En lugar de utilizar un chip serializador, el sensor de imagen transmite directamente datos serializados, reduciendo así gran parte del tamaño. También se cortaron algunos otros componentes, quedando sólo las piezas esenciales. El sensor reducido permitió un diseño de iluminación optimizado para reducir aún más la distancia entre los componentes ópticos.
TINIscope aplicó un diseño novedoso con la colocación del sensor CMOS en el lateral y excitación LED en la parte superior. Con espejos dicroicos aplicados para reflejar la emisión de fluorescencia a los sensores, se podrían girar múltiples TINIscopes para distribuir sus sensores espacialmente. Por lo tanto, se alcanzó la obtención de imágenes multirregionales. Finalmente, se desarrolló un conmutador para evitar enredos causados por el movimiento del mouse.
En el experimento, se aplicó la proteína fluorescente sensible al calcio GCaMP6s y se implantó una lente GRIN en cada una de las cuatro subregiones del hipocampo de un ratón. El equipo de TINIscope resultó no tener ningún impacto evidente en el comportamiento de los ratones.
Luego se realizaron una prueba de laberinto en T y una prueba de arena de campo abierto modificada, y se utilizó un análisis de información mutua para identificar neuronas que exhibían sintonización espacial. Los resultados mostraron que todas las regiones registradas contenían neuronas sintonizadas espacialmente en una proporción de aproximadamente el 20%.
Aprovechando la compacidad de TINIscope, se podrían combinar otros módulos para lograr experimentos multimodales. Los investigadores integraron TINIscope con estimulación optogenética y estimulación eléctrica y registraron las neuronas que respondieron a las estimulaciones.
También se realizaron imágenes de calcio junto con registros de electrodos en la misma región del cerebro, lo que permitió detectar distintas formas de onda que se propagaban en el hipocampo, como ondas agudas.
Más información: Feng Xue et al, Imágenes de calcio multirregionales en ratones que se comportan libremente con microscopios de fluorescencia ultracompactos montados en la cabeza, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad294
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China
