une, Images sagittales de projection d'intensité minimale, ou "tranches", avec différentes épaisseurs de projection dans la direction coronale, montrer la cytoarchitecture corticale et le corps calleux (CC), sans découpage physique des tissus. b, La décroissance du signal OCM (panneau de gauche) et l'image coronale moyenne (panneau du milieu) montrent les couches sous-corticales. CC :corps calleux; Ou :stratum oriens; Rad :stratum radiatum; DG :gyrus denté. Crédit :Jun Zhu, Hercule Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Lee-way Jin, et Vivek J. Srinivasan
En utilisant une lumière proche infrarouge à longue longueur d'onde, les scientifiques de l'UC Davis ont développé une approche de microscopie sans marquage qui permet d'obtenir une combinaison unique de profondeur, haute résolution, et l'imagerie cérébrale mini-invasive. La technique image les neurones et la myélinisation axonale à travers le néocortex de la souris et certaines régions sous-corticales, à travers le crâne aminci. Désormais, des études sur les maladies du cerveau peuvent être menées en profondeur dans le cerveau de la souris grâce à une préparation chirurgicale simple et peu invasive.
Les maladies du système nerveux central (SNC) telles que la maladie d'Alzheimer (MA) se manifestent tôt au niveau microscopique (c'est-à-dire cellulaire), profondément dans le cerveau. Encore, les microscopes optiques qui peuvent voir les cellules du cerveau vivant sont superficiels ou invasifs. Les techniques d'imagerie du cerveau entier telles que l'imagerie par résonance magnétique sont profondes et non invasives, mais manque de résolution cellulaire.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Vivek J. Srinivasan des départements d'ophtalmologie et de radiologie et de l'institut Tech4Health, NYU Langone Santé, ETATS-UNIS, et ses collègues ont développé une approche de microscopie optique sans étiquette qui a une capacité unique à imager en profondeur, avec une haute résolution et une invasivité minimale. Spécifiquement, ils ont démontré une approche de microscopie à cohérence optique (OCM) à haute ouverture numérique in vivo qui utilise la fenêtre d'absorption d'eau de 1700 nm, où l'atténuation de la lumière par diffusion et absorption est minimisée.
La fenêtre d'absorption d'eau de 1700 nm, également connue sous le nom de troisième fenêtre proche infrarouge (NIR), bénéficie d'un minimum d'absorption d'eau locale et d'une diffusion relativement faible. Dans l'OCM, un spectre plus large offre une résolution axiale plus fine, et avec elle, une plus grande capacité à rejeter la lumière diffuse multipliée qui provoque un flou de l'image. Pourtant, toute la fenêtre de 1700 nm, qui s'étend de 1560 à 1820 nm, n'est souvent pas utilisé :
une, La souris transgénique 5xFAD a des amas distincts hautement diffusants (flèches rouges) et de larges régions hyporéfléchissantes (astérisque jaune), représenté à la fois dans les plans sagittal (panneau de gauche) et en face (panneaux de droite). Les images de face codées par couleur de profondeur des axones myélinisés et les images correspondantes en niveaux de gris illustrent la myéloarchitecture intacte chez le compagnon de portée WT (b-c), tout en suggérant une démyélinisation dans les couches plus profondes de la souris AD (d-e). Pris ensemble, OCM représente une incidence plus élevée de résultats anormaux dans les couches IV-VI, compatible avec la charge de morbidité plus élevée dans ces couches. Les barres d'échelle mesurent 0,1 mm. Crédit :Jun Zhu, Hercule Rezende Freitas, Izumi Maezawa, Lee-way Jin, et Vivek J. Srinivasan
"Le passage des longueurs d'onde standard à 1700 nm OCM, tout en utilisant de manière optimale toute la fenêtre d'absorption d'eau (pas seulement une partie de la fenêtre), a été très difficile à ce jour en raison des nombreux défis d'ingénierie optique, " ont mentionné les scientifiques.
Ces défis incluent les détecteurs bruyants et les sources lumineuses, dispersion chromatique sévère, et le manque de composants optiques standardisés. Les scientifiques ont abordé ces problèmes en choisissant une source lumineuse supercontinue à faible bruit, une méthode de compensation de dispersion numérique personnalisée, et la conception de systèmes optiques. Avec ces avancées techniques, architecture des cellules neuronales et de la myéline sur toute la profondeur du néocortex de la souris, et certaines régions sous-corticales, peut être imagé à travers une préparation de crâne aminci qui préserve l'espace intracrânien.
"Les résultats représentent des profondeurs sans précédent pour l'imagerie cérébrale à l'échelle cellulaire grâce à une préparation minimalement invasive. Nous avons ensuite étudié le modèle murin 5xFAD de la maladie d'Alzheimer (MA), qui devrait montrer une gradation de la pathologie avec la profondeur corticale. Les résultats d'imagerie ont confirmé l'apparition d'une pathologie sévère dans le cortex profond mais pas superficiel, ce qui serait manqué par des techniques d'imagerie plus superficielles."
Une autre caractéristique importante de la méthode est que le contraste de l'image provient des propriétés intrinsèques du cerveau lui-même. L'OCM ne nécessite pas de souris transgéniques ni d'administration de composés. Perte de corps de cellules neuronales, démyélinisation des axones, plaquettes, et les changements tissulaires locaux peuvent tous être visualisés.
« Maintenant, la maladie peut être visualisée profondément dans le cerveau de la souris avec une simple préparation chirurgicale, sans marquage exogène. La fenêtre optique de 1700 nm permet également de quantifier la teneur en eau et en lipides des tissus in vivo, qui peuvent fournir des informations supplémentaires sur la progression de la maladie, ", prédisent les scientifiques.
