En tidsfördröjd film inspelad i hjärnan

En ny typ av mikroendoskop låter forskare titta på nervceller och blodkärl djupt inne i hjärnan på ett levande djur under dagar, veckor eller till och med månader. Ett team som leds av Mark Schnitzer , docent i biologi och tillämpad fysik vid Stanford University, utvecklade endoskopet – ett optiskt instrument som används för att titta in i kroppen – tillsammans med ett system för att sätta in det på samma plats gång på gång. Denna funktion gjorde det möjligt för forskare att spåra förändringar i små funktioner, såsom kopplingarna mellan celler i hjärnan.

Brainscope: Med hjälp av ett mikroendoskop implanterat djupt i hjärnan kan forskare se att blodkärlen som matar en tumör blir förvrängda med tiden.

Jag tror att det kommer att vara ett kraftfullt verktyg för att spåra cellers egenskaper under långa tidsperioder som svar på förändringar i miljön, under inlärningsförloppet, under åldrande eller utvecklingen av sjukdom, säger Schnitzer. Vissa utvecklings- och neurodegenerativa sjukdomar, till exempel, skadar kopplingar mellan neuroner djupt inne i hjärnan.

Av särskilt intresse för neuroforskare är hippocampus, ett område djupt i hjärnan som är avgörande för minnet. Tidigare hade forskare kunnat titta på regioner som denna i detalj endast med mycket invasiva metoder och vid en enda tidpunkt. Men många hjärnsjukdomar uppstår långsamt, säger Schnitzer. Vi vill inte bara ha en ögonblicksbild, vi vill ha en time-lapse [film] på en tidsskala som är relevant för utvecklingen av sjukdomen.

Schnitzers team har utvecklat mikroendoskopet i flera år. Döpt till den optiska nålen, är den 500 till 1 000 mikron i diameter vid spetsen - ungefär halva bredden av ett riskorn. Även om enheten liknar en förminskad version av de endoskop som nu ofta används för kirurgi, är den lilla linsen något annorlunda. Den lilla storleken på enheten gör att en böjd lins, typisk i de flesta mikroskop, är opraktisk. Istället är dess lins gjord av ett material som har interna variationer i sin brytningsprofil för att styra ljusstrålar.

I den nya studien, publicerad online denna månad i Naturmedicin , visar forskare att de kan använda mikroendoskopet för att observera samma plats i hjärnan över tid. De implanterar först ett styrrör av glas i ett djurs hjärna, placerar det precis ovanför det intressanta området, med ett litet objektglas som täcker dess spets. De kan sedan sätta in mikroendoskopet i röret och ta bilder av cellerna med ett standard tvåfotonmikroskop. Efter avbildning kan du dra ut mikronålen, återföra djuret till sin bur och sedan sätta in det igen [dagar eller veckor] senare och titta igen, säger Schnitzer.

Elly Nedivi , docent i neurobiologi vid MIT, säger att att kunna återvända till samma plats om och om igen kan vara en av de viktigaste tillämpningarna av mikroendoskopet. Du kan använda den för att se om droger har effekt, till exempel om en tumör svarar på behandlingen, säger hon.

I sina första experiment undersökte Stanford-forskarna neurala strukturer i hippocampus, en av de enda platserna i hjärnan där nya neuroner föds i vuxen ålder. Schnitzer antog att, på grund av denna närhet till nya celler, skulle dessa strukturer förändras med bildandet av nya minnen. Men det var inte det vi hittade, säger han. Efter att ha tittat på mer än 4 000 dendriter såg vi väldigt få fall av förändring.

I en andra uppsättning experiment utformade för att se hur hjärnan förändras som svar på sjukdom, injicerade Schnitzers team cancerceller i ena sidan av en muss hjärna. Dessa celler växte sedan till tumörer, vilket gör det möjligt för forskare att observera förändringarna i blodkärlen som åtföljer cancer. Forskare fann att kärlen på cancersidan av hjärnan var instabila och blodflödet saktade ner. Den friska sidan av hjärnan förblev stabil.

Emily Singer är biomedicinsk redaktör för Teknikgranskning.

Dölj