En time-lapse-film optaget inde i hjernen

En ny type mikroendoskop lader forskere se nerveceller og blodkar dybt inde i hjernen på et levende dyr over dage, uger eller endda måneder. Et hold ledet af Mark Schnitzer , lektor i biologi og anvendt fysik ved Stanford University, udviklede endoskopet - et optisk instrument, der bruges til at kigge ind i kroppen - sammen med et system til at indsætte det på det samme sted gang på gang. Denne funktion gjorde det muligt for forskere at spore ændringer i små funktioner, såsom forbindelserne mellem celler i hjernen.

Hjerneskop: Ved hjælp af et mikroendoskop implanteret dybt i hjernen kan forskerne se, at blodkarrene, der fodrer en tumor, bliver forvrænget over tid.

Jeg tror, ​​det vil være et potent værktøj til at spore cellers egenskaber over lange perioder som reaktion på ændringer i miljøet, i løbet af læringen, under aldring eller sygdomsprogression, siger Schnitzer. Nogle udviklingsmæssige og neurodegenerative sygdomme beskadiger for eksempel forbindelser mellem neuroner dybt inde i hjernen.

Af særlig interesse for neuroforskere er hippocampus, et område dybt i hjernen, der er afgørende for hukommelsen. Tidligere havde videnskabsmænd kun været i stand til at se på regioner som denne i detaljer med meget invasive metoder og på et enkelt tidspunkt. Men mange hjernesygdomme opstår langsomt, siger Schnitzer. Vi ønsker ikke bare et øjebliksbillede, vi vil have en time-lapse [film] på en tidsskala, der er relevant for sygdommens udvikling.

Schnitzers team har udviklet mikroendoskopet i flere år. Kaldet den optiske nål er den 500 til 1.000 mikrometer i diameter ved spidsen - omkring halvdelen af ​​bredden af ​​et riskorn. Mens enheden ligner en nedskaleret version af de endoskoper, der nu almindeligvis bruges til kirurgi, er den lille linse lidt anderledes. Enhedens lille størrelse betyder, at en buet linse, typisk i de fleste mikroskoper, er upraktisk. I stedet er dens linse lavet af et materiale, der har interne variationer i sin brydningsprofil for at lede lysstråler.

I den nye undersøgelse, offentliggjort online denne måned i Naturmedicin , viser forskere, at de kan bruge mikroendoskopet til at observere det samme sted i hjernen over tid. De implanterer først et styrerør af glas i et dyrs hjerne, placerer det lige over det interessante område med et lille mikroskopobjektglas, der dækker spidsen. De kan derefter indsætte mikroendoskopet i røret og tage billeder af cellerne ved hjælp af et standard to-foton mikroskop. Efter billeddannelse kan du trække mikronålen ud, returnere dyret til sit bur, derefter genindsætte det [dage eller uger] senere og se igen, siger Schnitzer.

Elly Nedivi , lektor i neurobiologi ved MIT, siger, at det at kunne vende tilbage til det samme sted igen og igen kan være en af ​​de vigtigste anvendelser af mikroendoskopet. Du kan bruge det til at se, om lægemidler har en effekt, såsom om en tumor reagerer på behandlingen, siger hun.

I deres indledende eksperimenter undersøgte Stanford-forskerne neurale strukturer i hippocampus, et af de eneste steder i hjernen, hvor nye neuroner fødes i voksenalderen. Schnitzer antog, at på grund af denne tætte nærhed til nye celler, ville disse strukturer ændre sig med dannelsen af ​​nye minder. Men det var ikke det, vi fandt, siger han. Efter at have set på mere end 4.000 dendritter, så vi meget få tilfælde af forandring.

I et andet sæt eksperimenter designet til at se, hvordan hjernen ændrer sig som reaktion på sygdom, injicerede Schnitzers team kræftceller i den ene side af en muses hjerne. Disse celler voksede derefter til tumorer, hvilket gør det muligt for forskere at observere ændringerne i blodkar, der ledsager kræft. Forskere fandt ud af, at karrene på kræftsiden af ​​hjernen var ustabile, og blodgennemstrømningen blev langsommere. Den sunde side af hjernen forblev stabil.

Emily Singer er biomedicinsk redaktør af Teknologigennemgang.

skjule