Носимые микроскопы улучшают визуализацию спинного мозга у мышей

краткое содержание: Недавно изобретенный носимый микроскоп позволяет получать в реальном времени изображения нейронов и активности в спинном мозге мышей в недоступных ранее областях с высоким разрешением.

источник: Институт Салика

Спинной мозг действует как посредник, передающий сигналы между мозгом и телом, чтобы регулировать все, от дыхания до движения. Хотя известно, что спинной мозг играет важную роль в передаче болевых сигналов, технологии ограничивают понимание учеными того, как этот процесс происходит на клеточном уровне.

Теперь ученые из Солка создали переносные микроскопы, позволяющие получить беспрецедентное представление о сигнальных паттернах, возникающих в спинном мозге мышей.

Этот технологический прогресс, подробно описанный в двух статьях, опубликованных в Связь с природой 21 марта 2023 г. и Природная биотехнология 6 марта 2023 года, поможет исследователям лучше понять нейронные основы ощущений и движений в контексте здоровья и болезней, таких как хроническая боль, зуд, боковой амиотрофический склероз (БАС) или рассеянный склероз (РС).

«Эти новые носимые микроскопы позволяют нам видеть нейронную активность, связанную с ощущениями и движением в регионах и со скоростью, недоступной другим технологиям с высоким разрешением», — говорит старший автор Аксель Немерьян, доцент и директор Центра передовой биофотоники Витта. «Наши переносные микроскопы коренным образом меняют то, что возможно при изучении центральной нервной системы».

Носимые микроскопы имеют диаметр примерно семь и четырнадцать миллиметров (примерно ширина мизинца или спинного мозга человека) и обеспечивают в режиме реального времени высококонтрастные многоцветные изображения в ранее недоступных областях спинного мозга. Новую технологию можно комбинировать с микропризменным имплантатом, представляющим собой небольшой отражающий стеклянный элемент, размещаемый рядом с интересующими областями ткани.

«Микропризма увеличивает глубину визуализации, поэтому впервые можно увидеть ранее недоступные клетки. Она также позволяет одновременно визуализировать клетки на разной глубине с минимальным повреждением тканей», — говорит Эрин Кэри, соавтор одной из статей. Исследования и исследователи в лаборатории Ниммерьяна.

Павел Шехтмайстер, бывший научный сотрудник лаборатории Нимраджана и соавтор обоих исследований, соглашается: «Мы преодолели барьеры поля зрения и глубины в контексте исследований спинного мозга. Наши переносные микроскопы достаточно легки, чтобы их можно было носить с собой. вокруг мышей и позволяют проводить измерения, которые ранее считались невозможными».

Используя новые микроскопы, команда Ниммерьяна начала применять технологию для сбора новой информации о центральной нервной системе. В частности, они хотели изобразить астроциты, которые не являются нейрональными звездообразными глиальными клетками в спинном мозге, потому что предыдущая работа группы предполагала неожиданное участие клеток в обработке боли.

Команда обнаружила, что сдавливание хвостов мышей активировало астроциты, посылая скоординированные сигналы по сегментам спинного мозга. До изобретения новых микроскопов было невозможно узнать, как выглядит активность астроцитов или какова их активность. любой Клеточная активность проявлялась в областях спинного мозга движущихся животных.

«Возможность визуализировать, когда и где возникают болевые сигналы и какие клетки участвуют в этом процессе, позволяет нам тестировать и разрабатывать терапевтические вмешательства», — говорит Даниэла Дуарте, соавтор одного из исследований и исследователь в лаборатории Ниммерьяна. «Эти новые микроскопы могут произвести революцию в изучении боли».

Команда Ниммерьяна уже начала исследовать, как нейронная и ненейрональная активность в спинном мозге изменяется при различных болевых состояниях и как различные методы лечения контролируют аномальную активность клеток.

Другие авторы включают Александра Нго, Грейс Гао, Николаса А. Нельсона, Джека А. Олмстеда и Чарльза Л. Кларка из Солка.

Финансирование: Работа была поддержана NIH (R01NS108034, U19NS112959, U19NS123719, U01NS103522 и F31NS120619), грантом Национального института здравоохранения (T32/CMG), благотворительным фондом Sol Goldman Charitable Trust, C. и L. Alumni Fellowship from the Rose. Hills Foundation, а также премия Берта и Этель Агински для ученых-исследователей, стипендия для выпускников Фонда Кавли-Хелински и грант Солка за инновации.

Об этом поиске новостей нейротехнологии

автор: пресс-служба
источник: Институт Салика
коммуникация: Пресс-служба — Институт Салика
картина: Изображение предоставлено Институтом Солка.

Исходный поиск: открытый доступ.
«Мультиплексная визуализация спинного мозга мышей с поведениемНаписано Акселем Немерджаном и др. Связь с природой

открытый доступ.
«Томография спинного мозга ведущих мышейНаписано Акселем Немерджаном и др. Природная биотехнология

Резюме

Мультиплексная визуализация спинного мозга мышей с поведением

Хотя известно, что спинной мозг играет решающую роль в сенсорной обработке, включая сигналы, связанные с болью, соответствующие паттерны активности генетически определенных типов клеток в спинномозговой пластинке остаются трудными для исследования. Визуализация кальция позволила измерить клеточную активность в поведении грызунов, но в настоящее время она ограничена областями поверхности.

Здесь, используя хронически культивируемые микроорганизмы, мы визуализировали сенсорную и двигательную активность в регионах и со скоростью, недостижимой для других методов визуализации с высоким разрешением. Чтобы обеспечить трансламинарную визуализацию свободно ведущих себя животных с помощью имплантированных микроскопов, мы также разработали переносные микроскопы с изготовленными на заказ составными микролинзами.

Эта система решает множество проблем предыдущих носимых микроскопов, включая ограниченное рабочее расстояние, разрешение, контрастность и цветовую гамму. Используя эту систему, мы показываем, что звездчатые клетки дорсальных кератиноцитов у мышей с поведением проявляют специфичное для пластинки и зависящее от двигательной программы возбуждение кальция.

Кроме того, мы показываем, что нейроны, экспрессирующие предшественник тахикинина 1 (Tac1), проявляют трансламинарную активность при острой механической боли, но не при передвижении.

Резюме

Томография спинного мозга ведущих мышей

Схемы спинного мозга играют решающую роль в передаче боли, но лежащие в основе модели активности внутри и между сегментами позвоночника у мышей с поведением остаются неясными.

Мы разработали носимый микроскоп с широким полем зрения 7,9 мм.² поле зрения, латеральное разрешение 3–4 мкм, рабочее расстояние 2,7 мм и общий вес менее 10 г показывают, что сильно локализованные болезненные механические стимулы вызывают скоординированное возбуждение астроцитов в широком диапазоне сегментов позвоночника.