Um microscópio de três fótons para capturar imagens profundas do cérebro

Uma equipe de pesquisa da Universidade de Pequim, na China, fez um novo avanço na microscopia multifotônica ao desenvolver um microscópio em miniatura de três fótons que capturou com sucesso imagens profundas do cérebro de camundongos em movimento livre.

O microscópio, pesando apenas 2,17 gramas, obteve imagens estáveis ​​do cérebro córtex e neurônios do hipocampo de ratos que se movem livremente, uma inovação que se mostra promissora como método para revelar os mistérios do cérebro humano.

O estudo foi publicado em Métodos da Natureza.

Do que se trata a pesquisa?

O cérebro humano contém bilhões de neurônios e trilhões de sinapses, e mapear sua conectividade e dinâmica funcional tem sido um dos focos da pesquisa cerebral global, com dispositivos de imagem microscópica vestíveis aplicáveis ​​a animais pequenos como uma das ferramentas de pesquisa.

Uma equipe liderada por Cheng Heping, diretor do National Biomedical Imaging Center da Universidade de Pequim, trabalha há anos no desenvolvimento desses dispositivos.

A equipe desenvolveu seu primeiro microscópio em miniatura de dois fótons com peso de 2,2 gramas em 2017 e obteve imagens dinâmicas de atividades neuronais e sinápticas no córtex cerebral de camundongos durante o movimento livre.

Após quatro anos de desenvolvimento, um microscópio de dois fótons atualizado ampliou o campo de imagem em 7,8 vezes e pode capturar imagens tridimensionais dos sinais funcionais dos neurônios do córtex cerebral, disse Cheng, também acadêmico da Academia Chinesa de Ciências.

Como o novo dispositivo é mais avançado?

O novo microscópio de três fótons desenvolvido pela equipe liderada por Cheng e Wang Aimin, pesquisador da Universidade de Pequim, apresenta uma profundidade de imagem maior em comparação com os microscópios multifotônicos em miniatura anteriores.

Ele penetrou todo o córtex e o caloso de camundongos em movimento livre e capturou imagens da atividade de cálcio de uma região do hipocampo a uma profundidade de até 1,2 milímetro, o que foi um grande desafio para neurocientistas em todo o mundo.

A atividade do cálcio é um indicador que reflete a atividade celular dos neurônios e pode ser monitorada quando combinada com moléculas fluorescentes, um indicador de cálcio. No entanto, a dispersão da luz em tecido cerebralespecialmente o caloso sob o córtex, resulta em uma curta distância de penetração da fluorescência, o que limita a profundidade da imagem.

O hipocampo fica abaixo do córtex e do caloso. Microscópios multifotônicos em miniatura anteriores em todo o mundo não conseguiram capturar sua imagem não invasiva, disse Zhao Chunzhu, membro da equipe do College of Future Technology da Universidade de Pequim.

O microscópio de três fótons desenvolvido pela equipe alcançou com sucesso a imagem no cérebro profundo de camundongos em movimento livre, graças a uma configuração óptica inovadora, que maximizou a eficiência de coleta da fluorescência de dispersão.

O microscópio apresenta a vantagem adicional de baixa fototoxicidade, não causando nenhum fotobranqueamento ou fotodano óbvio durante a observação de longo prazo das atividades neuronais, de acordo com o estudo.