微型顯微鏡幫助揭示大腦疾病的發生機理

　　約翰·霍普金斯醫學研究小組最近開發了一種相對便宜的便攜式迷你顯微鏡，可以提高科學家對活體小鼠大腦中癌癥，中風，阿爾茨海默病和其他疾病的研究效果 。該裝置的尺寸小于5立方厘米，停靠在動物的頭上，并收集來自小鼠活躍大腦的實時圖像，這些大腦在環境中自然移動。

　　“這項技術使我們能夠在疾病模型的整個生命周期內記錄大量基礎功能的大量數據，”約翰霍普金斯大學放射學和生物醫學工程副教授Arvind Pathak博士說。

　　相關結果最近在《Nature Communications》上發表。

（圖片來源：Arvind Pathak）

　　研究人員說，用于大腦成像研究的傳統顯微鏡是大型固定顯微鏡，這種顯微鏡價格過高，耗資數萬美元，并且不利于長時間成像。

　　此外，臺式顯微鏡的龐大特性要求實驗室動物完全靜止成像。這通常需要動物反復麻醉以獲得清晰的圖像。麻醉的大腦經歷與疾病無關的變化，可能在真實結果和大腦對麻醉藥物的反應之間混淆水域。

　　新型顯微鏡的功能類似于迷你GoPro運動相機，能夠實時捕捉圖像并且完全便攜。這消除了麻醉動物進行成像的需要，使研究人員能夠以更自然的狀態觀察疾病變化，并將這些變化與動物的行為聯系起來。

　　與其他小型顯微鏡相比，新顯微鏡為研究人員提供了三種成像選擇，可以隨著時間的推移觀察小鼠大腦的變化：熒光成像，觀察神經元發射或跟蹤熒光標記的細胞；所謂的內在光學信號成像，用于觀察疾病過程中血管結構的變化；和激光散斑對比成像隨著疾病的進展跟隨血流的變化。

　　Pathak和他的團隊使用市售的微型元件構建了原型設備，例如LED燈，顯微鏡鏡頭，圖像傳感器和定制的3D打印組件。將顯微鏡對接到鼠標頭部的外殼完全是3D打印并可重復使用。首席作者Janaka Senarathna說，整個設置然后插入筆記本電腦，研究人員可以收集和分析圖像。

　　在一項旨在跟蹤腦腫瘤過程的概念驗證實驗中，研究小組為小鼠的大腦注射了經過基因工程改造的人腦癌細胞，以便在顯微鏡下觀察它們。然后他們將顯微鏡安裝在鼠標頭上，并在16天內連續對小鼠進行成像。

　　在這段時間收集的圖像中，隨著癌癥的發展，研究人員能夠觀察到新的血管在腫瘤旁邊生長。然后研究人員能夠在動態重塑這些血管期間測量血流變化。

　　“我們每天成功監測這些微觀變化，這使我們能夠非常詳細地觀察疾病的各個方面，”Pathak說。這種顯微鏡可以成為一種強有力的工具，用于成像新藥對這些疾病的影響。“這只是這項技術效用的一個例子，有一天可能會對如何最好地評估對治療的反應產生影響”。