Odhalenie celého mozgu myši v bezprecedentných detailoch: Obraz mozgu je len 64 miliónov krát ostrejší

Zhrnutie: Výskumníci dramaticky zlepšili rozlíšenie zobrazovacej technológie MRI, čím sa vytvorili najostrejšie snímky mozgu myši, aké boli kedy nasnímané.

Zdroj: Duke University

Zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) je spôsob, akým vizualizujeme mäkké, vodnaté tkanivo, ktoré je ťažké zobraziť pomocou röntgenových lúčov. Ale zatiaľ čo MRI poskytuje dostatočne jemné rozlíšenie na nájdenie mozgového nádoru, musí byť veľmi ostré, aby bolo možné vidieť mikroskopické detaily v mozgu, ktoré odhaľujú jeho organizáciu.

V desaťročnom technickom turné pod vedením Duke Center for In vivo Microscopy so spolupracovníkmi z University of Tennessee Health Science Center, University of Pennsylvania, University of Pittsburgh a Indiana University sa výskumníci chopili výzvy a zlepšili rozlíšenie MRI. To vedie k najostrejším snímkam mozgu myši, aké boli kedy nasnímané.

zhodujúce sa s 50^th 1. výročie MRIVýskumníci generujú skeny mozgu myši, ktoré sú dramaticky ostrejšie ako typické klinické MRI pre ľudí, čo je vedecký ekvivalent prechodu od pixelovanej 8-bitovej grafiky k hyperrealistickým detailom maľby Chucka Closea.

Jediný tón nových obrázkov – predstavte si ho ako kubický pixel – meria iba 5 mikrónov. To je 64 miliónov krát menšie ako klinický MRI voxel.

Hoci vedci zamerali svoje magnety skôr na myši ako na ľudí, sofistikovaná magnetická rezonancia ponúka nový dôležitý spôsob, ako vizualizovať konektivitu celého mozgu v rekordnom rozlíšení.

Vedci tvrdia, že nové poznatky zo zobrazovania myší povedú k lepšiemu pochopeniu podmienok u ľudí, ako je napríklad to, ako sa mozog mení s vekom, stravou alebo dokonca neurodegeneratívnymi ochoreniami, ako je Alzheimerova choroba.

„Toto je niečo, čo je naozaj schopné. Môžeme sa začať pozerať na neurodegeneratívne ochorenia úplne iným spôsobom,“ povedal G. Alan Johnson, PhD, vedúci autor nového článku a profesor rádiológie, fyziky a biomedicínskeho inžinierstva na Duke Charles. E. Povedal to vážený profesor Putmanovej univerzity.

Johnsonovo nadšenie čaká ešte dlho. Najnovšie dielo tímu s premiérou 17. apríla Zborník Národnej akadémie viedDuke Center for In vivo Microscopy je vyvrcholením takmer 40-ročného výskumu.

Počas štyroch desaťročí Johnson, jeho študenti inžinierskeho štúdia a mnohí jeho kolegovia z Duke and Afar zdokonalili mnohé prvky, ktoré v kombinácii umožnili revolučné rozlíšenie MRI.

Niektoré z kľúčových zložiek zahŕňajú neuveriteľne silný magnet (väčšina klinických MRI sa spolieha na 1,5 až 3 Tesla magnety; Johnsonov tím používa 9,4 Tesla magnet), špecializovanú sadu gradientových cievok, ktoré sú v porovnaní s klinickou MRI 100-krát silnejšie a pomáhajú vytvárať mozog. obraz a vysokovýkonný počítač ekvivalentný približne 800 prenosným počítačom, ktoré všetky prejdú na zobrazenie jedného mozgu.

Potom, čo Johnson a jeho tím „naskenovali z neho denné svetlo“, poslali ho na zobrazenie tkaniva pomocou inej techniky nazývanej mikroskopia na svetelných listoch. Táto doplnková technika im dáva schopnosť označiť špecifické skupiny buniek v mozgu, ako sú bunky uvoľňujúce dopamín, aby videli progresiu Parkinsonovej choroby.

Tím potom zmapuje obrázky svetelných listov, ktoré poskytujú vysoko presný pohľad na mozgové bunky v porovnaní s pôvodným skenom MRI, do vzoru, ktorý je anatomicky presnejší a poskytuje živý pohľad na bunky a obvody v celom mozgu.

S týmto kombinovaným zobrazením údajov o celom mozgu môžu teraz výskumníci nahliadnuť do jemných tajomstiev mozgu spôsobmi, ktoré predtým neboli možné.

Súbor snímok MRI ukazuje, ako sa mení konektivita v celom mozgu, keď myši starnú, ako aj to, ako sa špecifické oblasti, ako napríklad subikulum s pamäťou, menia viac ako zvyšok mozgu myši.

Ďalšia sada obrázkov ukazuje cievku dúhových mozgových spojení, ktoré zvýrazňujú pozoruhodnú degeneráciu neurónových sietí na myšom modeli Alzheimerovej choroby.

Dúfame, že vytvorením MRI mikroskopu s ešte vyšším výkonom môžu Johnson a ďalší lepšie porozumieť myšacím modelom ľudských chorôb, ako je Huntingtonova choroba, Alzheimerova choroba a ďalšie. A to by malo viesť k lepšiemu pochopeniu toho, ako podobné veci v ľuďoch fungujú alebo sa kazia.

„Výskum podporovaný Národným inštitútom starnutia odhalil, že skromné ​​diétne a liekové zásahy by mohli zvieratám umožniť žiť o 25 % dlhšie,“ povedal Johnson.

„Otázkou teda je, či je ich mozog počas tohto predĺženého života stále neporušený? Mohli by ešte vedieť lúštiť krížovky? Budú schopní robiť sudoku, aj keby žili o 25 % dlhšie? A my teraz máme schopnosť robiť krížovky? A keď to urobíme, môžeme to preložiť priamo do ľudského stavu.“

Grant: Tento výskum podporili National Institutes of Health (R01-AG070913391, R01-NS096729, P41EB015897, S10OD010683).

O týchto novinkách z neurovedeckého výskumu

autor: Dan Wahaba
Zdroj: Duke University
kontakt: Dan Wahaba – Duke University
obrázok: Obrázky sú pripísané Duke Center for In vivo Microscopy

Základný výskum: uzavretý prístup
,Zlúčená magnetická rezonancia a svetelná listová mikroskopia celého mozgu myši„G. Allen Johnson a kol. PNAS

abstraktné

Zlúčená magnetická rezonancia a svetelná listová mikroskopia celého mozgu myši

Vyvinuli sme pracovný postup na zosúladenie 3D histológie magnetickej rezonancie (MRH) mozgu myši so svetelnou listovou mikroskopiou (LSM) a 3D zobrazovaním tej istej vzorky.

Začíname s gradientovým echo a difúznym zobrazovaním tenzorov (DTI) s izotropným rozlíšením 15 µm s MRH mozgu v lebke, čo je ~ 1 000 krát vyššia ako väčšina predklinických MRI. Konektómy sa generujú s obrázkami hustoty traktu s vysokým rozlíšením ~ 5 µm.

Mozog sa vyčistí, zafarbí sa na vybrané proteíny a zobrazí sa pomocou LSM pri 1,8 um/pixel. Údaje LSM sa registrujú do referenčného priestoru MRH s označeniami odvodenými zo spoločného súradnicového rámca ABA.

výsledkom je a Pozdravujem!gh-DTvar jaIntegrovaný Bedaolumja Spolu RVÝCHOD (vysoký potápač) s presnosťou zarovnania lepšou ako 50 µm.

Priepustnosť je dostatočne vysoká na to, aby sa HighDriver používal v kvantitatívnych štúdiách účinkov génových variantov a starnutia na cytoarchitektúru a konektomiku mozgu myši.