Исследователи разработали эндоскоп, который в 5–10 раз тоньше коммерческих аналогов. Это позволяет вводить зонд глубоко в мозг, не нанося органу повреждений. Испытания на мышах продемонстрировали, что устройство работает достаточно быстро, чтобы отслеживать активность отдельных нейронов. О достижении сообщает научная статья, опубликованная в журнале Biomedical Optics Express командой во главе с Шеем Охайоном (Shay Ohayon) из Массачусетского технологического института, США.
Принцип зондирования основан на флуоресценции. Это физическое явление, если не углубляться в детали, состоит в способности некоторых веществ светиться в ответ на электромагнитное излучение. Для опытов используются генно-модифицированные животные, нейроны вырабатывают белок, флуоресцирующий в ответ на приток ионов кальция. Препарат кальция вводится в организм, и кровоток приносит ионы в активные в данный момент нервные клетки.
Зонд представляет собой трубку из оптоволокна диаметром всего 125 микрометров. По ней распространяется световая волна. Наконечник эндоскопа излучает свет, возбуждающий молекулы белка-маркера. В ответ активные нейроны светятся, и их изображение по тому же волокну предаётся в компьютер-анализатор. Луч света, исходящий из зонда, можно перемещать, не двигая сам эндоскоп и не травмируя животное.
«С целью добиться достаточно быстрого сканирования, чтобы получать изображения нейронов, мы использовали оптический компонент, известный как цифровое зеркальное устройство (digital mirror device, DMD), чтобы быстро перемещать световое пятно, – поясняет Охайон. – Мы разработали технику, которая позволила нам использовать DMD для сканирования света с частотой до 20 килогерц, что достаточно быстро, чтобы увидеть флуоресценцию активных нейронов».
Сначала авторы испытали своё детище на культурах клеток. Затем настала пора живых грызунов. Под анестезией мышам медленно ввели зонд глубоко в мозг. В этой процедуре не было ничего опасного.
«Одно из преимуществ использования настолько тонкого эндоскопа в том, что, когда вы погружаете его в мозг, вы можете видеть все кровеносные сосуды и перемещать волокно, чтобы избежать их повреждения», – успокаивает Охайон.
Устройство позволяет получать объёмные изображения. Дополнительное преимущество прибора состоит в том, что картинка может быть разноцветной. Это можно использовать, например, для того, чтобы отследить взаимодействие нескольких нейронов, помеченных разными цветами.
Кроме того, новый эндоскоп, в отличие от своих аналогов, позволяет рассматривать не только клетки, непосредственно прилегающие к наконечнику, но и нейроны, находящиеся на расстоянии до ста микрометров от него.
«Это очень полезно, потому что, когда волокно вставляется в мозг, оно может влиять на функционирование нейронов, очень близких к волокну», – говорит Охайон.
Напомним, что «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) уже писали о рекордно тонких эндоскопах, а также о технологиях, упрощающих процедуру путём использования специальных камер и дополненной реальности.
