Gambar Resolusi Super 3D Pertama yang Memukau yang Dijepret di Dalam Mouse Hidup

Para peneliti telah mengembangkan sistem 3D-2PE-STED yang dapat menggambarkan duri dendritik di kedalaman otak tikus hidup. Sistemnya menunjukkan perubahan halus yang terjadi antara hari 1 dan 3 (gambar di sebelah kiri). Perubahan ini sulit dibedakan hanya dengan mikroskop dua foton (kanan). Kredit: Joerg Bewersdorf, Sekolah Kedokteran Yale

Teknik STED baru memungkinkan pencitraan jaringan dalam, mengungkapkan dinamika subselular neuron.

Para peneliti telah mengembangkan teknik mikroskop baru yang dapat memperoleh gambar 3D resolusi super dari struktur subseluler dari sekitar 100 mikron dalam jaringan biologis, termasuk otak. Dengan memberi ilmuwan pandangan yang lebih dalam tentang otak, metode ini dapat membantu mengungkap perubahan halus yang terjadi pada neuron dari waktu ke waktu, selama pembelajaran, atau karena penyakit.

Pendekatan baru ini merupakan perpanjangan dari mikroskop yang distimulasi oleh pengurangan emisi (STED), teknik canggih yang mencapai resolusi skala nano dengan melebihi batas difraksi tradisional mikroskop optik. Stefan Hell memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2014 untuk pengembangan teknik pencitraan resolusi-super ini.

Di OPTIK, Jurnal Masyarakat Optik (OSA) untuk penelitian berdampak tinggi, para peneliti menjelaskan bagaimana mereka menggunakan mikroskop STED baru mereka untuk membayangkan, dalam resolusi super, struktur 3D duri dendritik di kedalaman otak tikus hidup. Duri dendritik memiliki tonjolan kecil pada cabang dendritik neuron, yang menerima masukan sinaptik dari neuron terdekat. Mereka memainkan peran penting dalam aktivitas saraf.

“Mikroskop kami adalah alat pertama di dunia yang mendapatkan resolusi tinggi 3D STED pada hewan hidup,” kata kepala tim peneliti Joerg Bewersdorf di Yale School of Medicine. “Kemajuan dalam teknologi pencitraan jaringan dalam akan memungkinkan para peneliti untuk secara langsung memvisualisasikan struktur dan dinamika subselular di lingkungan jaringan asli mereka,” kata Bewersdorf. “Kemampuan untuk mempelajari perilaku seluler dengan cara ini sangat penting untuk mendapatkan pemahaman yang lengkap tentang fenomena biologis untuk penelitian biomedis dan untuk pengembangan farmasi.”


Para peneliti menggunakan mikroskop 3D-2PE-STED untuk membayangkan otak tikus yang hidup. Memperbesar suatu bagian dendrit mengungkapkan struktur 3D tulang belakang individu. Kredit: Joerg Bewersdorf, Sekolah Kedokteran Yale

Lebih dalam

Mikroskopi STED konvensional paling sering digunakan untuk mengambil sampel gambar sel yang dikultur. Menggunakan teknik untuk pencitraan jaringan tebal atau hewan hidup jauh lebih menantang, terutama ketika keunggulan resolusi-super STED diperluas ke dimensi ketiga untuk 3D-STED. Batasan ini terjadi karena jaringan yang padat dan padat secara optik mencegah cahaya menembus dalam-dalam dan memfokuskan dengan benar, sehingga mengurangi kemampuan resolusi-super mikroskop STED.

Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti menggabungkan mikroskop STED dengan eksitasi dua foton (2PE) dan optik adaptif. “2PE memungkinkan imajinasi yang lebih dalam ke dalam jaringan dengan menggunakan panjang gelombang yang mendekati inframerah daripada cahaya tampak,” kata Mary Grace M. Velasco, penulis pertama makalah tersebut. “Cahaya inframerah kurang rentan terhadap hamburan dan, oleh karena itu, lebih mampu menembus jauh ke dalam jaringan.”

Peneliti juga menambahkan optik adaptif ke sistem mereka. “Penggunaan optik adaptif mengoreksi distorsi bentuk cahaya, yaitu penyimpangan optik, yang terjadi saat gambar dilihat melalui dan melalui jaringan,” kata Velasco. “Selama pencitraan, elemen adaptif mengubah muka gelombang cahaya dengan cara yang sangat berlawanan dengan yang dilakukan jaringan dalam sampel. Penyimpangan dari elemen adaptif, oleh karena itu, membatalkan penyimpangan dari jaringan, menciptakan kondisi pencitraan ideal yang memungkinkan untuk memulihkan super- STED super- kemampuan resolusi di ketiga dimensi “.

Melihat perubahan di otak

Para peneliti menguji teknik 3D-2PE-STED mereka dengan pencitraan pertama struktur yang dikarakterisasi dengan baik dalam sel berbudaya pada lembar sampul. Dibandingkan dengan hanya menggunakan 2PE, 3D-2PE-STED telah menyelesaikan volume lebih dari 10 kali lebih kecil. Mereka juga menunjukkan bahwa mikroskop mereka dapat menyelesaikan distribusi DNA dalam inti sel kulit tikus jauh lebih baik daripada mikroskop dua foton konvensional.

Setelah tes ini, para peneliti menggunakan mikroskop 3D-2PE-STED untuk membayangkan otak tikus yang hidup. Mereka tumbuh di satu sisi dendrit dan memperbaiki struktur 3D duri individu. Mereka kemudian membayangkan area yang sama dua hari kemudian dan menunjukkan bahwa struktur tulang belakang telah benar-benar berubah selama ini. Para peneliti tidak mengamati perubahan apa pun dalam struktur neuron dalam gambar mereka atau perilaku tikus yang dapat mengindikasikan kerusakan dari gambar tersebut. Namun, mereka berencana untuk mempelajari ini lebih lanjut.

“Duri dendritik sangat kecil sehingga tanpa superresolusi sulit untuk memvisualisasikan bentuk 3D yang tepat, apalagi perubahan bentuk ini dari waktu ke waktu,” kata Velasco. “3D-2PE-STED sekarang menyediakan sarana untuk mengamati perubahan ini dan melakukannya tidak hanya di lapisan superfisial otak, tetapi juga di bagian dalam yang lebih dalam, di mana koneksi yang lebih menarik terjadi.”

Referensi: “Jaringan dalam pencitraan 3D resolusi super pada tikus hidup” oleh Mary Grace M. Velasco, Mengyang Zhang, Jacopo Antonello, Peng Yuan, Edward S. Allgeyer, Dennis May, Ons M’Saad, Phylicia Kidd, Andrew ES Barentine , Valentina Greco, Jaime Grutzendler, Martin J. Booth dan Joerg Bewersdorf, 25 Maret 2021, OPTIK.
DOI: 10.1364 / OPTICA.416841

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.