Gesundheit

Mini-Mikroskop für Untersuchungen des Gehirns Krankheit in lebenden Mäusen

Arbeiten mit Mäusen, in der ein team von Johns Hopkins Medicine Forscher entwickelt hat, eine relativ kostengünstige, tragbare mini-Mikroskop verbessern konnten Wissenschaftler “ Fähigkeit, Bild der Auswirkungen von Krebs, Schlaganfall, Alzheimer-Krankheit und andere Bedingungen, die in den Gehirnen von lebenden und aktiven Mäuse, die im Laufe der Zeit. Gerät-Maßnahmen weniger als 5 Kubikzentimeter, ist angedockt Tiere die Köpfe und sammelt Echtzeit-Bilder vom aktiven Gehirn von Mäusen bewegt natürlich um Ihre Umgebungen.

„Diese Technologie erlaubt uns, um wirklich Reich Mengen an Daten auf die zugrunde liegenden Funktionen des Gehirns über die gesamte Lebenszeit eines Krankheits-Modell“, sagt Arvind Pathak, Ph. D., außerordentlicher professor der Radiologie und biomedizinische Technik an der Johns Hopkins University School of Medicine, und ein Mitglied der Johns Hopkins Kimmel Cancer Center.

Ein Bericht über die Entwicklung der mini-Mikroskop wurde veröffentlicht Jan. 9 in „Nature Communications“.

Traditioneller Mikroskope verwendet brain-imaging-Studien sind große stationäre Mikroskope, dass kann teuer werden und kostet Zehntausende von Dollar, sagen die Forscher, die Begrenzung der Anzahl von labs in der Lage Bildgebung, die über lange Zeiträume.

Darüber hinaus werden die sperrige Natur der bench-Top-Mikroskope benötigt Labor, die Tiere ganz still imaging. Dies erfordert oft Tiere werden immer wieder betäubt, um klare Bilder zu erhalten. Betäubte Gehirn Unterziehen änderungen in keinem Zusammenhang zu der Krankheit, die potenziell das Wasser trüben zwischen realen Ergebnissen und das Gehirn Reaktion auf die Narkose Droge.

Das neue Mikroskop, das Funktionen wie ein mini-GoPro action-Kamera ist in der Lage, Bilder in Echtzeit und ist vollständig portabel. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, zu betäuben, Tiere für die Bildgebung, so dass die Forscher beobachten, Krankheit, Veränderungen in einer natürlichen Zustand und beziehen sich solche Veränderungen auf die Tier-Verhalten.

Im Gegensatz zu anderen mini-Mikroskope, die neue Mikroskop bietet den Forschern drei imaging-Optionen, um zu beobachten, Veränderungen im Gehirn der Maus als Krankheit fortschreitet im Laufe der Zeit: Fluoreszenz-imaging zu beobachten, Neuronen oder track fluorescently tagged Zellen; so genannte intrinsic optical signal imaging zu beobachten, Veränderungen in der Struktur der Blutgefäße über den Verlauf einer Krankheit; und laser-speckle-Kontrast-Bildgebung zu Folgen, Veränderungen im Blutfluss, wie eine Krankheit verläuft.

Pathak und sein team Bauten das Prototyp-Gerät mit handelsüblichen Miniatur-Komponenten, wie LED-Leuchten, Mikroskop-Objektive, Bildsensoren und custom-made 3D-gedruckten Bauteile. Das Gehäuse, die docks, die das Mikroskop auf eine Maus auf den Kopf, ist völlig 3D-gedruckt und wiederverwendbar. Das ganze setup, führt der Autor Janaka Senarathna sagt, dann Stecker in einen laptop-computer, wo die Wissenschaftler sammeln und analysieren der Bilder.

In einer proof-of-concept-experiment entworfen, um den Verlauf der ein Gehirn tumor, die Forscher injizierten den Gehirnen von Mäusen mit menschlichen Gehirn-Krebs-Zellen gentechnisch zu Leuchten, damit Sie gesehen werden kann von dem Mikroskop. Sie montiert das Mikroskop auf die Maus auf den Kopf, und durchgehend bebildert die Mäuse über 16 Tage.

In den Bildern versammelt, während dieser Zeit, konnten die Forscher beobachten neue Blutgefäße wachsen, neben dem tumor, wie der Krebs Fortgeschritten ist. Die Forscher waren dann in der Lage zu Messen, die Durchblutung verändert sich während der dynamischen Umbau dieser Blutgefäße.

„Wir werden erfolgreich überwacht diese mikroskopischen Veränderungen auf einer täglichen basis, die es uns erlaubt zu beobachten, die Aspekte der Krankheit in der bemerkenswerten detail“, sagt Pathak.

Ein bemerkenswerter Aspekt, Pathak sagte, ist, dass dieses Mikroskop könnte ein mächtiges Werkzeug zur Abbildung der Wirkung von neuen Medikamenten für diese Krankheiten.

„Dies ist nur ein Beispiel für die Nützlichkeit dieser Technik, und könnten eines Tages haben eine Wirkung auf, wie am besten zu bewerten, Reaktion auf die Behandlungen“, sagt Pathak.

Die Forscher, die zu arbeiten mit Johns Hopkins Technology Ventures, spin-off diese Technologie, sagen Sie, eine kommerzielle version Kosten könnte etwa 10 mal kleiner als derzeit verfügbare Modelle, und Sie planen, verfeinern das Gerät zu erfassen klare Bilder und überwachung zusätzliche Funktionen des Gehirns.

Andere Forscher an der Studie beteiligten gehören, Hängen Yu, Callie Deng, Alice Zou, John Issa, Darian Hadjiabadi, Stacy Gil, Qihong Wang, Betty Tyler und Nitish Thakor von der Johns Hopkins University School of Medicine.

Diese Forschung wurde unterstützt durch das National Cancer Institute (1R21CA175784-01, 1R01CA196701, P30NS050274) und ein Kavli neuroscience distinguished fellowship.

Janaka Senarathna, Hängen Yu, Nitish und Arvind Thakor Pathak haben ein internationales patent (PCT/US18/40979) angemeldet. Die übrigen Autoren erklären, keine Interessenkonflikte.