Ученые изобрели микроскоп, в который можно смотреть сквозь кости

Видеть, что происходит внутри нас, полезно для многих аспектов современной медицины. Но как сделать это, не разрезая плоть и кости, и наблюдать за живыми неповрежденными тканями, такими как наш мозг, — непростая задача.

Толстые непоследовательные структуры, такие как кость, будут непредсказуемо рассеивать свет, что затрудняет понимание того, что происходит за ними. И чем глубже вы хотите видеть, тем больше рассеянного света затемняет тонкую и хрупкую биологическую структуру.

У исследователей, появились хитрые оптические приемы, чтобы превратить рассеянные фотоны, движущиеся с определенными частотами, в изображение. Команда ученых нашла способ создать четкое изображение из рассеянного инфракрасного света, испускаемого лазером, даже после того, как он прошел через толстый слой кости.

«Наш микроскоп позволяет нам исследовать тонкие внутренние структуры глубоко в живых тканях, которые невозможно решить никакими другими способами», — сказали физики Сеокчан Юн и Ходжун Ли из Корейского университета.

В то время как метод, называемый трехфотонной микроскопией, раньше успешно снимал изображения нейронов под черепом мыши, большинство попыток получить кристально чистые изображения требует прорезания отверстий в черепе.

Объединив методы визуализации с мощью вычислительной адаптивной оптики, ранее использовавшейся для исправления оптических искажений в астрономии, Юн и его коллеги смогли создать первые в истории изображения нейронных сетей мыши с высоким разрешением сквозь череп.

Они называют свою новую технологию визуализации лазерно-сканирующей микроскопией с отражающей матрицей (LS-RMM). Она основана на традиционной конфокальной микроскопии с лазерным сканированием, за исключением того, что обнаруживает светорассеяние не только на глубине изображения, но также получает полную реакцию входа-выхода взаимодействия света и среды — его матрицу отражения.

Когда свет (в данном случае от лазера) проходит через объект, некоторые фотоны проходят прямо сквозь него, а другие отклоняются. Кость со своей сложной внутренней структурой особенно хорошо рассеивает свет.

Чем дальше должен пройти свет, тем больше баллистических фотонов рассеивается за пределами изображения. Большинство методов микроскопии полагаются на эти прямые световые волны для создания четкого и яркого изображения. LS-RRM использует специальную матрицу, чтобы максимально использовать любые аберрантные лучи света.

Визуализация биологических структур в их естественном жизненном контексте может раскрыть больше об их ролях и функциях, а также облегчить обнаружение проблем.

«Это очень поможет нам в ранней диагностике заболеваний и ускорит исследования в области нейробиологии», — сказали Юн и Ли.

Это исследование было опубликовано в Nature Communications.

Источники: Фото: (Yoon et al, Nat Comm, 2020)