Mozog je najkomplexnejším orgánom tela všetkých stavovcov, ktorý je chránený lebkou pohyblivo naviazanou na chrbticu. Pre vedcov a lekárov však lebka spôsobuje určité komplikácie, ktoré zabraňujú vytvoreniu komplexného obrazu mozgu vo vysokom rozlíšení potrebného pre rôzne medicínske a výskumné účely.

Z tohto dôvodu sa na získavanie takého obrazu zvyknú využívať invazívne metódy, ktoré môžu predstavovať riziko poškodenia mozgového tkaniva. Teraz však vedci z Kórey vyvinuli úplne novú neinvazívnu techniku na získavanie detailných snímkou mozgu, o téme informoval portál LabRoots.

Obraz pred korekciou a obraz po korekcii novou metódou. Yoon et al, Nature Communications, 2020

V súčasnosti sa pri zobrazovaní živých tkanív spoliehame na rôzne optické zariadenia, pomocou ktorých   vieme premeniť fotóny pohybujúce sa na určitých frekvenciách na obraz. Zobrazovanie však komplikujú štruktúry, ako napríklad kosti, ktoré svetlo, respektíve fotóny rôznymi nepredvídateľnými smermi rozptyľujú. Situácia je komplikovanejšia čím hlbšie sa potrebujeme pozrieť.

Vďaka štúdii publikovanej v žurnále Nature Communications však poznáme spôsob, ako vytvoriť jasný obraz aj z rozptýleného infračerveného svetla vyžarovaného laserom napriek tomu, že prechádza vrstvami kostí, upozornil web ScienceAlert.

Hoci sa už skôr pomocou neinvazívnej metódy nazvanej trojfotónová mikroskopia podarilo zachytiť obraz neurónov nachádzajúcich sa pod lebkou myší, väčšina metód potrebných na získanie „čistých a jasných“ snímok vyžaduje rôzne invazívne metódy, pri ktorých sa musí rezať do lebky.

Prostredníctvom trojfotónovej mikroskopie však nedokážeme preniknúť veľmi hlboko a navyše pri nej kombinujeme svetelné frekvencie rôznymi spôsobmi, ktoré predstavujú riziko poškodenia citlivých biologických molekúl.

Nová neintenzívna metóda môže výrazne ovplyvniť neurovedy

Za účelom vyriešenia uvedených komplikácií vytvorili vedci novú neinvazívnu metódu určenú na vytváranie jasných obrazov z rozptýleného infračerveného svetla nazvanú LS-RMM (Laser-Scanning Reflection-Matrix Microscopy).

Neurónová sieť myší. Horný rad predstavuje snímku pred korekciou, spodný rad predstavuje snímku po korekcii obrazu novou metódou. Yoon et al, Nature Communications, 2020

LS-RMM je založená na kombinácii bežných konfokálnych techník laserového skenovania s adaptívnou optikou, ktorá sa používa na korekciu optického skreslenia v astronómii. Zatiaľ čo sa však konvenčné zobrazovacie techniky spoliehajú na priame svetelné lúče, táto nová technika umožňuje snímať okrem priamych lúčov svetla aj tie rozptýlene.

Inými slovami, svetlo vyžarované z laseru prechádza cez objekt, pričom niektoré fotóny ním dokážu prejsť priamo iné sa zasa môžu vychýliť na štruktúrach ako je kosť. Čím ďalej musia fotóny prenikať, tým viac dochádza k ich rozptylu. Väčšina neinvazívnych technológií preto nedokáže vytvoriť tak jasný obraz.

LS-RMM ako s názvu vyplýva však využíva špeciálnu maticu, ktorá dokáže zachytiť všetky lúče bez rozdielu ich smerovania. Nová metóda narozdiel od konvenčných metód, teda neposkytuje len detekciu rozptýleného svetla v určitej hĺbke, ale tiež poskytuje úplnú vstupno-výstupnú odozvu interakcie medzi svetlom, médiom a odrazovou maticou.

Metódu sa vedcom podarilo otestovať už aj v praxi – dokázali generovať vôbec prvé obrazy myších neurónových sieti s vysokým rozlíšením bez použitia invazívnej technológie. Už teraz je LS-RMM považovaná v zobrazovacích technológiách za obrovský posun vpred s potenciálom urýchliť výskum v oblasti neurovied a včasnej diagnostike rôznych chorôb.