约翰霍普金斯医学研究小组与老鼠合作，开发了一种相对便宜的便携式微型显微镜，可以提高科学家影响老鼠大脑中癌症、中风、阿尔茨海默病等疾病的能力。该设备的体积不到5立方厘米，它靠在动物的头部，从老鼠活跃的大脑中收集实时图像，老鼠在环境中自然移动。“这项技术使我们能够在疾病模型的整个生命周期中记录大量基本功能的数据，”约翰霍普金斯大学放射学和生物医学工程副教授Arvind Pathak博士说。医学，约翰霍普金斯金梅尔癌症中心的成员。
1月9日，《自然通讯》发表了关于微型显微镜发展的报告。
研究人员表示，用于脑成像研究的传统显微镜是大型固定显微镜，价格过于昂贵，花费数万美元，限制了长期成像的实验室数量。
此外，台式显微镜的巨大特点要求实验动物完全静止进行成像。这通常需要对动物进行反复麻醉才能获得清晰的图像。被麻醉的大脑经历了与疾病无关的变化，这可能会混淆真实结果和大脑对麻醉药物的反应之间的界限。
新显微镜的功能类似于mini GoPro运动相机，可以实时捕捉图像，完全便携。这消除了对麻醉动物成像的需要，并使研究人员能够在更自然的状态下观察疾病变化，并将这些变化与动物行为联系起来。
与其他小型显微镜相比，这种新型显微镜为研究人员提供了三种成像选择，可以观察小鼠大脑随时间的变化：荧光成像，观察发出或追踪荧光标记细胞的神经元；所谓内在光信号成像，是用来观察疾病过程中血管结构的变化；而激光散斑对比成像则是随着疾病的进展而跟随血流的变化。
Pathak和他的团队使用商业上可获得的微组件来构建原型设备，例如LED灯、显微镜镜头、图像传感器和定制的3D打印组件。连接显微镜和鼠标头的外壳完全是3D打印的，可以重复使用。第一作者Janaka Senarathna说，整个装置随后被插入笔记本电脑，研究人员可以收集和分析图像。
在一项旨在追踪脑瘤进程的概念验证实验中，研究团队将基因工程改造的人类脑癌细胞注入小鼠大脑，在显微镜下观察。然后，他们将显微镜安装在老鼠头上，并对老鼠连续成像16天。
在这段时间采集的图像中，随着癌症的发展，研究人员可以观察到肿瘤旁新血管的生长。然后，研究人员可以测量这些血管动态重塑过程中的血流变化。“我们每天都成功地监测这些微观变化，这使我们能够非常详细地观察疾病的各个方面，”Pathak说。
Pathak说，一个显著的方面是，这种显微镜可以成为一种强大的工具，用于成像新药对这些疾病的影响。Pathak说：“这只是这项技术有效性的一个例子，有朝一日可能会对如何最好地评估治疗反应产生影响。与约翰霍普金斯科技风险投资有限公司合作开发这项技术的研究人员表示，商用版本的成本可能比现有模型低10倍左右，他们计划改进设备，以捕捉更清晰的图像并监控其他大脑功能。
参与这项研究的其他研究人员包括、凯丽邓、艾丽丝邹、约翰伊萨、达连哈德贾巴迪、史黛西吉尔、王、贝蒂泰勒和约翰霍普金斯大学医学院的尼提什塔科尔。
该研究得到了国家癌症研究所(1R21CA175784-01，1R01CA196701，P30NS050274)和Kavli神经科学杰出奖学金的资助。
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