Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) din Statele Unite au dezvoltat un microscop inovator care utilizează sunetul pentru a vizualiza regiunile profunde ale creierului.
Acest dispozitiv reprezintă un progres semnificativ în domeniul neuroștiințelor, depășind limitările microscopiei tradiționale bazate pe lumină.
Microscoapele convenționale pot cartografia detaliat cortexul cerebral, însă pierd din rezoluție când încearcă să pătrundă în structuri cerebrale mai adânci, cum ar fi hipocampul.
Noul microscop, bazat pe principii acustice, poate examina țesutul cerebral la adâncimi de cinci ori mai mari decât metodele actuale, fără a necesita utilizarea coloranților, substanțelor chimice sau modificărilor genetice.
Sistemul dezvoltat de cercetătorii americani utilizează o metodă numită excitație cu trei fotoni, în care impulsuri de lumină ultra-scurte sunt emise la o lungime de undă triplă față de cea de absorbție normală a moleculelor.
Lungimile de undă mai mari se dispersează mai puțin și pătrund mai adânc în țesut. Energia absorbită provoacă o expansiune termică microscopică în interiorul celulei, generând unde sonore detectabile de un microfon cu ultrasunete de mare sensibilitate.
Aceste semnale sunt apoi transformate în imagini prin intermediul unui software specializat, proces denumit imagistică fotoacustică cu trei fotoni.
Platforma, numită „Multiphoton-In and Acoustic-Out”, combină excitația cu trei fotoni, detecția fotoacustică și imagistica fără markeri, permițând observarea activității moleculare din interiorul celulelor fără a altera țesutul.
În cadrul testelor, dispozitivul a reușit să detecteze NAD(P)H, o moleculă asociată cu metabolismul celular și activitatea neuronală, prin mostre dense de țesut cerebral.
Experimentele au fost realizate pe un organoid cerebral derivat din celule stem umane cu grosimea de 1,1 milimetri și pe o secțiune de creier de șoarece de 0,7 milimetri.
W. David Lee, cercetătorul postdoctoral care a proiectat sistemul, a menționat că mostrele nu erau suficient de groase pentru a atinge limitele reale ale tehnologiei, sugerând potențialul pentru performanțe și mai impresionante în viitor.
Tehnologia poate identifica și alți indicatori biologici, precum GCaMP, un indicator de calciu utilizat pentru monitorizarea activității neuronale.
În plus, prin tehnica de imagistică numită „third-harmonic generation”, sistemul oferă informații structurale despre celule, permițând obținerea simultană de detalii moleculare și arhitecturale într-o singură scanare. Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii sunt diverse.
Ar putea contribui la studierea afecțiunilor în care nivelurile de NAD(P)H suferă modificări, cum ar fi boala Alzheimer, sindromul Rett sau crizele epileptice.
De asemenea, ar putea fi utilizată în timpul intervențiilor neurochirurgicale, oferind o hartă în timp real a activității cerebrale, având avantajul de a funcționa fără substanțe de contrast.
În următoarea etapă a cercetării, oamenii de știință intenționează să testeze tehnologia pe animale vii, caz în care atât sursa de lumină, cât și microfonul vor trebui amplasate pe aceeași parte a țesutului. Lee estimează că sistemul ar putea pătrunde până la 2 milimetri în creierul viu.
Anterior, Lee a aplicat metoda imagisticii NAD(P)H pentru ghidarea tratării rănilor în cadrul companiei Precision Healing Inc. Rezultatele acestui studiu au fost publicate în revista științifică Light: Science and Applications.
