El cerebro humano tiene miles de millones de neuronas. Trabajando juntos, permiten funciones cerebrales de orden superior, como la cognición y los comportamientos complejos. Para estudiar estas funciones cerebrales de orden superior, es importante comprender cómo se coordina la actividad neuronal en varias regiones del cerebro.
Aunque técnicas como la resonancia magnética funcional (fMRI) pueden proporcionar información sobre la actividad cerebral, solo pueden mostrar una cantidad limitada de información para un momento y un área determinados. La microscopía de dos fotones que implica el uso de ventanas craneales es una herramienta poderosa para producir imágenes de alta resolución, pero las ventanas craneales convencionales son pequeñas, lo que dificulta el estudio de regiones cerebrales distantes al mismo tiempo.
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el Centro de Investigación Exploratoria sobre Vida y Sistemas Vivos (ExCELLS) y el Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas (NIPS) ha introducido un nuevo método para obtener imágenes cerebrales in vivo, lo que permite la observación a gran escala y a largo plazo. de estructuras y actividades neuronales en ratones despiertos.
Este método se denomina "nanolámina incorporada a resina fotocurable" (NIRE) y utiliza nanoláminas de fluoropolímero cubiertas con resina fotocurable para crear ventanas craneales más grandes.
"El método NIRE es superior a los métodos anteriores porque produce ventanas craneales más grandes de lo que antes era posible, extendiéndose desde la corteza parietal hasta el cerebelo, utilizando la nanolámina biocompatible y la resina transparente curable con luz que cambia de forma de líquido a sólido", dice autor principal Taiga Takahashi de la Universidad de Ciencias de Tokio y ExCELLS.
En el método NIRE, se utiliza una resina fotocurable para fijar CYTOP recubierto de óxido de polietileno (PEO-CYTOP), una nanolámina bioinerte y transparente, en la superficie del cerebro. Esto crea una "ventana" que se ajusta firmemente a la superficie del cerebro, incluso a la superficie muy curvada del cerebelo, y mantiene su transparencia durante mucho tiempo con poca tensión mecánica, lo que permite a los investigadores observar múltiples regiones del cerebro de ratones vivos.
"Además, demostramos que la combinación de nanoláminas PEO-CYTOP y resina curable con luz permitió la creación de ventanas craneales más fuertes con mayor transparencia durante períodos de tiempo más largos en comparación con nuestro método anterior. Como resultado, hubo pocos artefactos de movimiento que es decir, distorsiones en las imágenes causadas por los movimientos de ratones despiertos", dice Takahashi.
Las ventanas craneales permitieron obtener imágenes de alta resolución con resolución submicrométrica, lo que las hace adecuadas para observar la morfología y la actividad de estructuras neuronales finas.
"Es importante destacar que el método NIRE permite realizar imágenes durante un período más largo de más de 6 meses con un impacto mínimo en la transparencia. Esto debería permitir realizar investigaciones a más largo plazo sobre la neuroplasticidad en varios niveles, desde el nivel de red hasta el celular. nivel, así como durante la maduración, el aprendizaje y la neurodegeneración", explica el autor correspondiente Tomomi Nemoto en ExCELLS y NIPS.
Este estudio es un logro significativo en el campo de la neuroimagen porque este novedoso método proporciona una poderosa herramienta para que los investigadores investiguen procesos neuronales que antes eran difíciles o imposibles de observar. Específicamente, la capacidad del método NIRE para crear grandes ventanas craneales con transparencia prolongada y menos artefactos de movimiento debería permitir la obtención de imágenes cerebrales in vivo a gran escala, a largo plazo y a múltiples escalas.
"El método es prometedor para desentrañar los misterios de los procesos neuronales asociados con el crecimiento y el desarrollo, el aprendizaje y los trastornos neurológicos. Las aplicaciones potenciales incluyen investigaciones sobre la codificación de la población neuronal, la remodelación de los circuitos neuronales y las funciones cerebrales de orden superior que dependen de una actividad coordinada en áreas ampliamente distribuidas. regiones distribuidas", afirma Nemoto.
En resumen, el método NIRE proporciona una plataforma para investigar cambios neuroplásticos en varios niveles durante períodos prolongados en animales que están despiertos y participan en diversos comportamientos, lo que presenta nuevas oportunidades para mejorar nuestra comprensión de la complejidad y función del cerebro.
Más información: Taiga Takahashi et al, Ventana craneal a gran escala para imágenes del cerebro de ratón in vivo utilizando nanoláminas de fluoropolímero y resina fotocurable, Biología de las comunicaciones (2024).
Información de la revista: Biología de las Comunicaciones
Proporcionado por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales
