Учёные Массачусетского технологического института (MIT) разработали микроскоп, который способен заглядывать в мозг на глубину, в пять раз превышающую возможности традиционных методов, без использования красителей, химических реагентов или генетической модификации. Технология может изменить подход к изучению мозга и найти применение в хирургии.
Как это работает
Новая система сочетает ультракороткие световые импульсы и детекцию звуковых волн. При помощи метода трёхфотонного возбуждения микроскоп излучает свет на длине волны, втрое превышающей нормальную для поглощения молекулы NAD(P)H. Эти более длинные волны меньше рассеиваются и глубже проникают в ткань.
Поглощённая энергия вызывает микроскопическое тепловое расширение внутри клеток, что генерирует звуковые колебания. Чувствительный ультразвуковой микрофон улавливает их, а программное обеспечение преобразует сигналы в детализированные изображения. Такой подход получил название трёхфотонная фотоакустическая визуализация.
Разработанная платформа, получившая название Multiphoton-In and Acoustic-Out, объединяет трёхфотонное возбуждение, фотоакустическую регистрацию и бесконтактную молекулярную визуализацию. Помимо NAD(P)H, система может обнаруживать и другие молекулы, например GCaMP — индикатор кальция, используемый для отслеживания нейронной активности.
Зачем это нужно
Метод позволяет изучать метаболическую активность мозга без вмешательства в структуру тканей. Это открывает возможности для исследования заболеваний, при которых меняется уровень NAD(P)H, таких как болезнь Альцгеймера, синдром Ретта и эпилепсия.
Кроме того, технология способна в реальном времени отображать активные участки мозга, что может помочь нейрохирургам при проведении операций. В будущем команда планирует испытать систему на живых животных. По оценкам разработчиков, глубина визуализации в таких условиях может достигать 2 миллиметров.
Ранее один из авторов проекта, Дэвид Ли, уже применял NAD(P)H-визуализацию для контроля за заживлением ран. Теперь этот опыт может найти применение в нейрохирургии и фундаментальных исследованиях мозга.
Исследование опубликовано в журнале Light: Science and Applications.
