Light: Science & Applications:突触分辨的神经成像

发布日期:2018-01-04 来源:本站

近日,华中科技大学武汉光电国家实验室朱丹教授课题组,成功研发出一种基于组织光透明的新型颅窗,研究人员通过在颅骨表面涂抹光透明试剂能让颅骨在数分钟内透明,进而实现对小鼠皮层神经元、胶质细胞、血管的高分辨活体成像研究。该技术具有高效、可重复、安全且易于掌握的特点,研究成果“Skull Optical Clearing Window for in Vivo Imaging of the Mouse Cortex at Synaptic Resolution”发表在光学领域顶级刊物Light: Science & Applications上(影响因子14.098)。

对皮层神经元、胶质细胞和微脉管系统进行活体观察和操纵是大脑结构与功能研究的基础。然而皮层上方混浊的颅骨限制了光在组织中的穿透深度,进而影响了多种光学技术在活体皮层成像。为了克服颅骨的障碍,研究人员基于外科手术的方法将颅骨磨薄或移除的方式建立了多种颅窗技术。但这些方法存在诸多不足:开颅玻璃窗由于不可避免地暴露硬脑膜/皮层,会引起炎症反应,手术后需要1-3周的恢复才可以实现成像;而磨薄手术虽然避免了炎症反应,但对突触水平的精细结构成像时需要将颅骨打磨至极薄,手术操作困难;而它们的变形体也规避不开炎症反应或手术操作困难的本质问题。

近年来发展的组织光透明技术,通过向组织中引入高渗、高折射率、组织相容性的试剂从而有效降低组织的散射,为解决这一技术瓶颈提供了一种全新的思路。现有组织光透明的研究主要是针对离体组织器官展开的,针对活体组织、特别颅骨这样一类的硬组织光透明研究则未见报道。朱丹教授课题组长期以来致力活体组织光透明的研究,针对皮层光学成像中颅骨障碍,创新性地提出针对颅骨组织的活体透明研究。研究人员基于颅骨组织的结构和组成成分,开发出针对不同年龄小鼠的颅骨光透明方法,实现小鼠皮层神经元、胶质细胞、血管进行高分辨活体重复成像。该方法不需过度打磨颅骨或移除颅骨的手术操作,这种操作简易、更易于掌握的颅窗让光学成像获取突触分辨的神经结构信息成为可能。此外,该方法不会引起皮层炎症反应或软膜血管的重构和再生,是安全可靠的。该工作有望为生理/疾病状态下皮层神经、血管结构与功能成像研究提供重要工具。

该研究得到国家自然科学基金(91232710, 31571002)、国家自然科学基金委创新研究群体(61721092)、以及武汉光电国家实验室主任基金的支持。朱丹教授和许彤辉教授为论文通讯作者,骆清铭教授参与共同指导,赵延洁为论文第一作者,俞婷婷、张超、李招为共同作者。

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