Yenilikçi nano tabaka yöntemi, çok ölçekli ve uzun vadeli çalışmalar için beyin görüntülemede devrim yaratıyor

Yenilikçi nano tabaka yöntemi, çok ölçekli ve uzun vadeli çalışmalar için beyin görüntülemede devrim yaratıyor

İnsan beyninde milyarlarca nöron vardır. Birlikte çalışarak biliş ve karmaşık davranışlar gibi üst düzey beyin fonksiyonlarını etkinleştirirler. Bu üst düzey beyin fonksiyonlarını incelemek için, çeşitli beyin bölgelerinde sinirsel aktivitenin nasıl koordine edildiğini anlamak önemlidir.

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi teknikler beyin aktivitesine dair içgörüler sağlasa da, belirli bir zaman ve alan için yalnızca belirli miktarda bilgi gösterebilirler. Kranial pencerelerin kullanımını içeren iki fotonlu mikroskopi, yüksek çözünürlüklü görüntüler üretmek için güçlü bir araçtır, ancak geleneksel kranial pencereler küçüktür, bu da beynin uzak bölgelerini aynı anda incelemeyi zorlaştırır.

Şimdi, Yaşam ve Yaşam Sistemleri Keşif Araştırma Merkezi (ExCELLS) ve Ulusal Fizyolojik Bilimler Enstitüsü (NIPS) liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, in vivo beyin görüntüleme için büyük ölçekli ve uzun vadeli gözleme olanak tanıyan yeni bir yöntem tanıttı. uyanık farelerde nöronal yapıların ve aktivitelerin incelenmesi.

Bu yönteme "ışıkla sertleşebilen reçineye dahil edilen nano tabaka" (NIRE) yöntemi adı verilir ve daha büyük kranial pencereler oluşturmak için ışıkla sertleşebilen reçineyle kaplanmış floropolimer nano tabakaları kullanır.

"NIRE yöntemi önceki yöntemlerden daha üstündür çünkü biyouyumlu nano tabakayı ve sıvıdan katıya form değiştiren şeffaf ışıkla kürlenebilen reçineyi kullanarak parietal korteksten beyinciğe kadar uzanan, daha önce mümkün olandan daha büyük kranyal pencereler üretir" diyor. Tokyo Bilim Üniversitesi ve ExCELLS'ten baş yazar Taiga Takahashi.

NIRE yönteminde, biyoinert ve şeffaf bir nano tabaka olan polietilen oksit kaplı CYTOP'u (PEO-CYTOP) beyin yüzeyine sabitlemek için ışıkla sertleşebilen reçine kullanılır. Bu, beyin yüzeyine, hatta serebellumun oldukça kavisli yüzeyine bile sıkı bir şekilde oturan ve çok az mekanik stresle şeffaflığını uzun süre koruyan bir "pencere" oluşturarak araştırmacıların, yaşayan farelerin birden fazla beyin bölgesini gözlemlemesine olanak tanıyor.

"Ek olarak, PEO-CYTOP nano tabakaları ve ışıkla sertleşebilen reçine kombinasyonunun, önceki yöntemimizle karşılaştırıldığında daha uzun süreler boyunca daha fazla şeffaflığa sahip daha güçlü kranyal pencerelerin oluşturulmasını sağladığını gösterdik. Sonuç olarak, çok az hareket artefaktı vardı; Takahashi, "uyanık farelerin hareketlerinden kaynaklanan görüntülerdeki bozulmalardır" diyor.

Kranial pencereler, mikrometrenin altında çözünürlükle yüksek çözünürlüklü görüntülemeye olanak tanıdı ve bu da onları ince sinir yapılarının morfolojisini ve aktivitesini gözlemlemek için uygun hale getirdi.

"Daha da önemlisi, NIRE yöntemi görüntülemenin şeffaflık üzerinde minimum etkiyle 6 aydan daha uzun bir süre boyunca gerçekleştirilmesine olanak tanıyor. Bu, ağ düzeyinden hücresel düzeye kadar çeşitli düzeylerde nöroplastisite üzerine daha uzun vadeli araştırmalar yapılmasını mümkün kılmalıdır. ExCELLS ve NIPS'ten ilgili yazar Tomomi Nemoto şöyle açıklıyor: "Bu seviyenin yanı sıra olgunlaşma, öğrenme ve nörodejenerasyon sırasında da bu durum ortaya çıkıyor."

Bu çalışma nörogörüntüleme alanında önemli bir başarıdır çünkü bu yeni yöntem, araştırmacılara daha önce gözlemlenmesi zor veya imkansız olan sinirsel süreçleri araştırmak için güçlü bir araç sağlar. Spesifik olarak, NIRE yönteminin uzun süreli şeffaflık ve daha az hareket artefaktı ile büyük kraniyal pencereler oluşturma yeteneği, büyük ölçekli, uzun vadeli ve çok ölçekli in vivo beyin görüntülemeye olanak tanımalıdır.

"Yöntem, büyüme ve gelişme, öğrenme ve nörolojik bozukluklarla ilişkili sinirsel süreçlerin gizemlerini çözme konusunda umut vaat ediyor. Potansiyel uygulamalar arasında, sinirsel popülasyon kodlaması, sinirsel devre yeniden modellemesi ve geniş çapta koordineli aktiviteye bağlı olan üst düzey beyin fonksiyonlarına ilişkin araştırmalar yer alıyor. dağıtılmış bölgeler" diyor Nemoto.

Özetle, NIRE yöntemi, uyanık olan ve çeşitli davranışlarda bulunan hayvanlarda çeşitli düzeylerde nöroplastik değişiklikleri uzun süreler boyunca araştırmak için bir platform sağlar; bu da beynin karmaşıklığı ve işlevine ilişkin anlayışımızı geliştirmek için yeni fırsatlar sunar.

Daha fazla bilgi: Taiga Takahashi ve diğerleri, Floropolimer nanotabaka ve ışıkla sertleştirilebilir reçine kullanan in vivo fare beyni görüntüleme için büyük ölçekli kranyal pencere, İletişim Biyolojisi (2024).

Kaynak: Phys