Özet: Araştırmacılar, uyanık farelerde nöronal aktivitenin benzeri görülmemiş büyük ölçekli ve uzun vadeli gözlemlenmesini sağlayan, çığır açan bir “ışıkla kürlenebilen reçineye dahil edilmiş nano tabaka” (NIRE) yöntemini geliştirdiler. Bu yenilikçi teknik, geniş kranial pencereler oluşturmak için ışıkla sertleşebilen bir reçineyle birleştirilmiş floropolimer nano tabakaları kullanır ve aynı anda uzak beyin bölgelerinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesine olanak tanır.
NIRE yöntemi, minimum mekanik stresle daha güçlü, daha şeffaf pencereler sunarak, altı aydan uzun süreler boyunca sinir yapılarının ve aktivitelerinin yüksek çözünürlüklü görüntülenmesini kolaylaştırıyor. Bu ilerleme, bilim adamlarının beynin karmaşık işlevlerini gerçek zamanlı olarak izlemelerine olanak tanıyarak nöroplastisite, öğrenme süreçleri ve nörodejeneratif hastalıklar hakkındaki anlayışımızı derinleştirmeyi vaat ediyor.
Ana unsurlar:
- NIRE yöntemi, daha büyük kraniyal pencereler oluşturmak için biyouyumlu malzemeler kullanarak parietal korteksten beyinciğe kadar gözlem yapılmasını sağlar.
- Bu teknik, pencere şeffaflığını uzun süre korur, uyanık farelerde hareket bozukluklarını azaltır ve mikrometre altı çözünürlükte görüntülemeye olanak tanır.
- Yaşayan, davranan hayvanlarda uzun vadeli dönemler boyunca nöroplastisite, öğrenme ve nörodejenerasyonun araştırılması için yeni yollar açar.
Kaynak: ÇOCUKLAR
İnsan beyninde milyarlarca nöron vardır. Birlikte çalışarak biliş ve karmaşık davranışlar gibi üst düzey beyin fonksiyonlarını etkinleştirirler.
Bu üst düzey beyin fonksiyonlarını incelemek için, çeşitli beyin bölgelerinde sinirsel aktivitenin nasıl koordine edildiğini anlamak önemlidir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi teknikler beyin aktivitesine dair içgörüler sağlasa da, belirli bir zaman ve alan için yalnızca belirli miktarda bilgi gösterebilirler.
Kranial pencerelerin kullanımını içeren iki fotonlu mikroskopi, yüksek çözünürlüklü görüntüler üretmek için güçlü bir araçtır ancak geleneksel kranial pencereler küçüktür, bu da beynin uzak bölgelerini aynı anda incelemeyi zorlaştırır.
Şimdi, Yaşam ve Yaşam Sistemleri Keşif Araştırma Merkezi (ExCELLS) ve Ulusal Fizyolojik Bilimler Enstitüsü (NIPS) liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, in vivo beyin görüntüleme için büyük ölçekli ve uzun vadeli gözleme olanak tanıyan yeni bir yöntem tanıttı. uyanık farelerde nöronal yapıların ve aktivitelerin incelenmesi.
Bu yönteme “ışıkla sertleşebilen reçineye dahil edilen nano tabaka” (NIRE) yöntemi adı verilir ve daha büyük kranyal pencereler oluşturmak için ışıkla sertleşebilen reçineyle kaplanmış floropolimer nano tabakaları kullanır.
“NIRE yöntemi önceki yöntemlerden üstündür çünkü biyouyumlu nano tabakayı ve sıvıdan katıya form değiştiren şeffaf ışıkla kürlenebilen reçineyi kullanarak parietal korteksten serebelluma kadar uzanan, daha önce mümkün olandan daha büyük kranyal pencereler üretir” diyor. Tokyo Bilim Üniversitesi ve ExCELLS’ten baş yazar Taiga Takahashi.
NIRE yönteminde, biyoinert ve şeffaf bir nano tabaka olan polietilen oksit kaplı CYTOP’u (PEO-CYTOP) beyin yüzeyine sabitlemek için ışıkla sertleşebilen reçine kullanılır.
Bu, beyin yüzeyine, hatta serebellumun oldukça kavisli yüzeyine bile sıkı bir şekilde oturan ve çok az mekanik stresle uzun süre şeffaflığını koruyan bir “pencere” oluşturarak araştırmacıların, yaşayan farelerin birden fazla beyin bölgesini gözlemlemesine olanak tanıyor.
“Ek olarak, PEO-CYTOP nano tabakaları ve ışıkla sertleşebilen reçine kombinasyonunun, önceki yöntemimizle karşılaştırıldığında daha uzun süreler boyunca daha fazla şeffaflığa sahip daha güçlü kraniyal pencerelerin oluşturulmasını sağladığını gösterdik. Sonuç olarak, çok az sayıda hareket artefaktı, yani uyanık farelerin hareketlerinden kaynaklanan görüntülerde bozulmalar vardı” diyor Takahashi.
Kranial pencereler, mikrometrenin altında çözünürlükle yüksek çözünürlüklü görüntülemeye olanak tanıdı ve bu da onları ince sinir yapılarının morfolojisini ve aktivitesini gözlemlemek için uygun hale getirdi.
“Daha da önemlisi, NIRE yöntemi görüntülemenin şeffaflık üzerinde minimum etkiyle 6 aydan daha uzun bir süre boyunca gerçekleştirilmesine olanak tanıyor. Bu, olgunlaşma, öğrenme ve nörodejenerasyonun yanı sıra, ağ düzeyinden hücresel düzeye kadar çeşitli düzeylerde nöroplastisite üzerine daha uzun vadeli araştırmalar yapmayı mümkün kılmalıdır,” diye açıklıyor ExCELLS ve NIPS’ten ilgili yazar Tomomi Nemoto.
Bu çalışma nörogörüntüleme alanında önemli bir başarıdır çünkü bu yeni yöntem, araştırmacılara daha önce gözlemlenmesi zor veya imkansız olan sinirsel süreçleri araştırmak için güçlü bir araç sağlar.
Spesifik olarak, NIRE yönteminin uzun süreli şeffaflık ve daha az hareket artefaktı ile geniş kranyal pencereler oluşturma yeteneği, büyük ölçekli, uzun vadeli ve çok ölçekli çalışmalara olanak sağlamalıdır. canlı beyin görüntülemesi.
“Yöntem, büyüme ve gelişme, öğrenme ve nörolojik bozukluklarla ilişkili sinirsel süreçlerin gizemlerini çözme konusunda umut vaat ediyor.
Nemoto, “Potansiyel uygulamalar arasında sinir popülasyonu kodlaması, sinir devrelerinin yeniden modellenmesi ve geniş çapta dağılmış bölgelerde koordineli aktiviteye bağlı olan üst düzey beyin fonksiyonlarına ilişkin araştırmalar yer alıyor” diyor.
Özetle, NIRE yöntemi, uyanık olan ve çeşitli davranışlarda bulunan hayvanlarda uzun süreler boyunca çeşitli düzeylerde nöroplastik değişiklikleri araştırmak için bir platform sağlar ve bu da beynin karmaşıklığı ve işlevine ilişkin anlayışımızı geliştirmek için yeni fırsatlar sunar.
Bu nörogörüntüleme ve sinirbilim araştırma haberleri hakkında
Soyut
Floropolimer nanotabaka ve ışıkla kürlenebilen reçine kullanan in vivo fare beyni görüntüleme için büyük ölçekli kraniyal pencere
İki fotonlu mikroskopi, memeli beyinlerindeki nöronal aktivitenin yüksek çözünürlükte in vivo görüntülenmesini sağlar. Bununla birlikte, aynı farelerde birden fazla beyin bölgesinin stabil, uzun süreli ve eşzamanlı incelenmesi için iki fotonlu görüntüleme araçları eksiktir.
Burada, ışıkla sertleşebilen reçineyle kaplanmış floropolimer nano tabakaları kullanarak farelerde tüm parietal korteks ve beyincik gibi kaplayan büyük kranial pencereler oluşturmak için bir yöntem öneriyoruz (‘Işıkla iyileştirilebilir REsin’e Dahil Edilen Nano Sayfa’ veya NIRE yöntemi olarak adlandırılır).
NIRE yöntemi, uyanık farelerde hareket artefaktları olmadan kavisli kortikal ve serebellar yüzeylere uygun kranyal pencereler üretebilir ve şeffaflığı> 5 ay boyunca koruyabilir. Ek olarak, NIRE yönteminin nöronal toplulukların, tek tek nöronların ve dendritik dikenler gibi hücre altı yapıların in vivo iki fotonlu görüntülenmesi için kullanılabileceğini gösterdik.
NIRE yöntemi, olgunlaşma, öğrenme ve sinir patogenezi ile ilişkili nöroplastik değişiklikler gibi şimdiye kadar erişilemeyen sinir süreçlerinin in vivo büyük ölçekli analizini kolaylaştırabilir.
Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/neurodynamics-neuroimaging-25699/