研究人員與老鼠合作開發(fā)了一種相對便宜的便攜式迷你顯微鏡，可以提高科學(xué)家對生活和活躍小鼠大腦中癌癥，中風(fēng)，阿爾茨海默病和其他疾病影響的能力。該裝置的尺寸小于5立方厘米，?？吭趧游锏念^上，并收集來自小鼠活躍大腦的實時圖像，這些大腦在環(huán)境中自然移動。

約翰斯·霍普金斯醫(yī)學(xué)研究小組與老鼠合作開發(fā)了一種相對便宜的便攜式迷你顯微鏡，可以提高科學(xué)家對生活和活躍小鼠大腦中癌癥，中風(fēng)，阿爾茨海默病和其他疾病影響的能力。 。該裝置的尺寸小于5立方厘米，?？吭趧游锏念^上，并收集來自小鼠活躍大腦的實時圖像，這些大腦在環(huán)境中自然移動。

“這項技術(shù)使我們能夠在疾病模型的整個生命周期內(nèi)記錄大量基礎(chǔ)功能的大量數(shù)據(jù)，”約翰霍普金斯大學(xué)放射學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Arvind Pathak博士說。醫(yī)學(xué)，約翰霍普金斯Kimmel癌癥中心的成員。

關(guān)于迷你顯微鏡發(fā)展的報告于1月9日在Nature Communications上發(fā)表。

研究人員說，用于大腦成像研究的傳統(tǒng)顯微鏡是大型固定顯微鏡，這種顯微鏡價格過高，耗資數(shù)萬美元，限制了長時間成像的實驗室數(shù)量。

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(fù)麻醉以獲得清晰的圖像。麻醉的大腦經(jīng)歷與疾病無關(guān)的變化，可能在真實結(jié)果和大腦對麻醉藥物的反應(yīng)之間混淆水域。

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

與其他小型顯微鏡相比，新型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(jīng)元發(fā)射或跟蹤熒光標(biāo)記的細(xì)胞;所謂的內(nèi)在光學(xué)信號成像，用于觀察疾病過程中血管結(jié)構(gòu)的變化;和激光散斑對比成像隨著疾病的進(jìn)展跟隨血流的變化。

Pathak和他的團(tuán)隊使用市售的微型元件構(gòu)建了原型設(shè)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(biāo)頭部的外殼完全3D打印并可重復(fù)使用。首席作者Janaka Senarathna說，整個設(shè)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(jīng)過基因工程改造的人腦癌細(xì)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(biāo)頭上，并在16天內(nèi)連續(xù)對小鼠進(jìn)行成像。

在這段時間收集的圖像中，隨著癌癥的發(fā)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(tài)重塑這些血管期間測量血流變化。

“我們每天成功監(jiān)測這些微觀變化，這使我們能夠非常詳細(xì)地觀察疾病的各個方面，”Pathak說。

Pathak說，一個顯著的方面是，這種顯微鏡可以成為一種強(qiáng)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(shù)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(yīng)產(chǎn)生影響，”Pathak說。

與約翰霍普金斯科技風(fēng)險投資有限公司合作開發(fā)這項技術(shù)的研究人員表示，商業(yè)版可能比現(xiàn)有型號的成本低約10倍，他們計劃改進(jìn)設(shè)備以捕捉更清晰的圖像并監(jiān)控其他大腦功能。

參與這項研究的其他研究人員包括Hang Yu，Callie Deng，Alice Zou，John Issa，Darian Hadjiabadi，Stacy Gil，Qihong Wang，Betty Tyler和約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Nitish Thakor。

該研究得到了國家癌癥研究所(1R21CA175784-01,1R01CA196701，P30NS050274)和Kavli神經(jīng)科學(xué)杰出獎學(xué)金的支持。

Janaka Senarathna，Hang Yu，Nitish Thakor和Arvind Pathak正在申請國際專利(PCT / US18 / 40979)。其余作者聲明沒有競爭利益。