优势明显！MIT与哈佛推出新技术，可快速实现大脑更深处组织高清成像

为了创建大脑等组织的高分辨率3D图像，研究人员经常使用双光子显微镜，这涉及到将高强度激光对准样本，以诱导荧光激发。然而，在大脑深处进行扫描是很困难的，因为光线在深入大脑深处时会散射，使图像变得模糊。另外，双光子成像也很耗时，因为它通常需要一次扫描单个像素。

幸运的是，一个由麻省理工学院和哈佛大学的研究人员组成的团队，现在已经开发了一种改进的双光子成像技术，它可以快速实现大脑更深处组织高清成像，而且成像速度比以前要快得多。

研究人员说，这种成像技术可以让科学家更快地获得血管和大脑内单个神经元等结构的高分辨率图像。

这篇论文昨日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

双光子显微镜的工作原理，是将一束强烈的近红外光照射到样品中的一个点上，在焦点处诱导两个光子同时被吸收，那里的光强是最高的。这种长波长、低能量的光，可以穿透更深的组织而不损伤它，允许在表面下成像。

而双光子激发通过荧光产生图像，荧光信号在可见光谱区域。当对组织样本进行更深入的成像时，荧光光散射更多，图像变得模糊。成像多层组织也是非常耗时的。使用广角成像，即一次性照亮整个组织平面，可以加快这一过程，但这种方法的分辨率不如逐点扫描。

麻省理工学院的研究小组想要开发一种方法，使他们能够一次成像一个大的组织样本，同时仍然保持逐点扫描的高分辨率。

为此，他们想出了一种方法来控制他们照射到样品上的光：他们使用一种宽视场显微镜，将一个平面的光照射到组织上，但是改变光的振幅，这样他们就可以在不同的时间打开或关闭每个像素。一些像素被点亮，而附近的像素保持黑暗，这种预先设计的图案可以在组织散射的光线中被检测到。

在研究人员获得原始图像后，他们使用自己创建的计算机算法重建每个像素。使用这种技术，研究人员显示他们可以成像200微米深的肌肉和肾脏组织切片，或者300微米深的老鼠大脑。

这大约是没有这种模式激发和计算重建所能达到的深度的两倍。而且，该技术生成图像的速度，比传统的双光子显微镜快100-1000倍。这种方法可以缩短通常需要几个月到几天的过程。

这种成像技术，可以让研究人员更快地获得大脑神经元以及血管等其他结构的高分辨率图像。比如老鼠大脑中的血管成像，可能对了解更多关于阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病如何影响血液流动特别有用。

这项技术，还可以通过添加电压敏感荧光染料或荧光钙探针，来测量神经元的活动——当神经元兴奋时，这些荧光染料或荧光钙探针就会发光。它也可以用于分析其他类型的组织——包括肿瘤，在那里它可以用来帮助确定肿瘤的边缘。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://news.mit.edu/2021/microscopy-tissue-images-0707

https://news.harvard.edu/gazette/story/2021/07/faster-high-quality-imaging-of-living-tissue/

https://advances.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/sciadv.aay5496