I microscopi indossabili migliorano l’imaging del midollo spinale nei topi

riepilogo: Il microscopio indossabile di recente invenzione produce immagini ad alta risoluzione e in tempo reale dei neuroni e dell’attività nel midollo spinale del topo in aree precedentemente inaccessibili.

fonte: Istituto Salik

Il midollo spinale funge da messaggero, trasportando segnali tra il cervello e il corpo per regolare tutto, dalla respirazione al movimento. Sebbene sia noto che il midollo spinale svolga un ruolo essenziale nella trasmissione dei segnali del dolore, la tecnologia ha limitato la comprensione da parte degli scienziati di come questo processo avvenga a livello cellulare.

Ora, gli scienziati di Salk hanno creato microscopi indossabili per consentire una visione senza precedenti dei modelli di segnalazione che si verificano all’interno del midollo spinale dei topi.

Questo progresso tecnologico, dettagliato in due articoli pubblicati in Comunicazioni sulla natura Il 21 marzo 2023 e Biotecnologie naturali il 6 marzo 2023, aiuterà i ricercatori a comprendere meglio le basi neurali delle sensazioni e del movimento in contesti di salute e malattia, come dolore cronico, prurito, sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o sclerosi multipla (SM).

“Questi nuovi microscopi indossabili ci consentono di vedere l’attività neurale associata a sensazioni e movimenti in regioni ea una velocità non accessibile da altre tecnologie ad alta risoluzione”, afferma l’autore senior Axel Nemerjan, professore associato e direttore del Witt Center for Advanced Biophotonics. “I nostri microscopi indossabili cambiano radicalmente ciò che è possibile quando si studia il sistema nervoso centrale”.

I microscopi indossabili hanno un diametro di circa sette e quattordici millimetri (all’incirca la larghezza di un mignolo o del midollo spinale umano) e forniscono immagini multicolore ad alta risoluzione, ad alto contrasto e in tempo reale attraverso regioni del midollo spinale precedentemente inaccessibili. La nuova tecnologia può essere combinata con un impianto a microprisma, che è un piccolo elemento di vetro riflettente posizionato vicino alle aree di interesse tissutale.

“Il microprisma aumenta la profondità di imaging, in modo che le cellule precedentemente inaccessibili possano essere viste per la prima volta. Consente inoltre di visualizzare contemporaneamente cellule a diverse profondità con una minima interruzione dei tessuti”, afferma Erin Carey, co-autrice di uno degli articoli. Studi e ricercatori nel laboratorio di Nimmerjan.

Pavel Shechtmeister, ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Nimrajan e co-autore di entrambi gli studi, concorda: “Abbiamo superato le barriere del campo visivo e della profondità nel contesto della ricerca sul midollo spinale. I nostri microscopi indossabili sono abbastanza leggeri da poter essere trasportati in giro dai topi e consentire misurazioni precedentemente ritenute impossibili.” .

Utilizzando i nuovi microscopi, il team di Nimmerjahn ha iniziato ad applicare la tecnologia per raccogliere nuove informazioni sul sistema nervoso centrale. In particolare, volevano visualizzare gli astrociti, che sono cellule gliali non neuronali a forma di stella, nel midollo spinale perché il lavoro precedente del team suggeriva il coinvolgimento inaspettato delle cellule nell’elaborazione del dolore.

Il team ha scoperto che schiacciando la coda dei topi si attivavano gli astrociti, inviando segnali coordinati attraverso i segmenti del midollo spinale. Prima dell’invenzione di nuovi microscopi, era impossibile sapere che aspetto avesse l’attività degli astrociti o cosa Qualunque L’attività cellulare è apparsa attraverso le regioni del midollo spinale degli animali in movimento.

“Essere in grado di visualizzare quando e dove si verificano i segnali del dolore e quali cellule sono coinvolte in questo processo ci consente di testare e progettare interventi terapeutici”, afferma Daniela Duarte, co-prima autrice di uno degli studi e dei ricercatori del laboratorio di Nimmerjahn. “Questi nuovi microscopi potrebbero rivoluzionare lo studio del dolore”.

Il team di Nimmerjahn ha già iniziato a studiare come l’attività neuronale e non neuronale nel midollo spinale viene alterata in diverse condizioni di dolore e come diverse terapie controllano l’attività cellulare anomala.

Altri autori includono Alexander Ngo, Grace Gao, Nicholas A. Nelson, Jack A. Olmsted e Charles L. Clark di Salk.

Finanziamento: Il lavoro è stato supportato da un NIH (R01NS108034, U19NS112959, U19NS123719, U01NS103522 e F31NS120619), un National Institutes of Health Training Grant (T32/CMG), il Sol Goldman Charitable Trust, un C. and L. Alumni Fellowship from the Rose Hills Foundation, Burt and Ethel Aginsky Research Scholar Award, Kavli-Helinski Endowment Graduate Fellowship e Salk Innovation Grant.

A proposito di questa ricerca di notizie sulla neurotecnologia

autore: ufficio stampa
fonte: Istituto Salik
comunicazione: Ufficio Stampa – Istituto Salik
immagine: Crediti immagine al Salk Institute

Ricerca originale: accesso libero.
“Immagini multiplex del midollo spinale di topi comportamentaliScritto da Axel Nemerjan et al. Comunicazioni sulla natura

accesso libero.
“Tomografia del midollo spinale di topi comportamentaliScritto da Axel Nemerjan et al. Biotecnologie naturali

un sommario

Immagini multiplex del midollo spinale di topi comportamentali

Mentre è noto che il midollo spinale svolge ruoli critici nell’elaborazione sensoriale, compresi i segnali legati al dolore, i corrispondenti modelli di attività nei tipi di cellule geneticamente definiti attraverso la lamina spinale sono rimasti difficili da studiare. L’imaging del calcio ha consentito misurazioni dell’attività cellulare nel comportamento dei roditori, ma attualmente è limitato alle aree superficiali.

Qui, utilizzando microrganismi coltivati ​​cronicamente, abbiamo ripreso l’attività sensoriale e motoria in regioni ea una velocità inaccessibile da altre tecniche di imaging ad alta risoluzione. Per consentire l’imaging translaminare in animali che si comportano liberamente attraverso microscopi impiantati, abbiamo anche sviluppato microscopi indossabili con microlenti composte personalizzate.

Questo sistema affronta molteplici sfide dei precedenti microscopi indossabili, tra cui distanza di lavoro limitata, risoluzione, contrasto e gamma di colori. Usando questo sistema, mostriamo che le cellule stellate dei cheratinociti dorsali nei topi comportamentali mostrano un’eccitazione del calcio specifica della lamina e dipendente dal programma motorio.

Inoltre, mostriamo che i neuroni che esprimono il precursore 1 della tachichinina (Tac1) esibiscono attività translaminare per il dolore meccanico acuto ma non la locomozione.

un sommario

Tomografia del midollo spinale di topi comportamentali

I circuiti del midollo spinale svolgono un ruolo fondamentale nella trasmissione del dolore, ma i modelli di attività sottostanti all’interno e attraverso i segmenti spinali nei topi comportamentali rimangono sfuggenti.

Abbiamo sviluppato un microscopio indossabile ad ampio campo da 7,9 mm² campo visivo, risoluzione laterale di 3-4 μm, distanza di lavoro di 2,7 mm e peso totale inferiore a 10 g, mostrano che stimoli meccanici dolorosi altamente localizzati evocano l’eccitazione coordinata degli astrociti ampiamente su più segmenti della colonna vertebrale.