Forskare har upptäckt en bländande ny metod för att visualisera neuroner som lovar att gynna neuroforskare och cellbiologer:genom att använda spektral konfokalmikroskopi för att avbilda vävnader impregnerade med silver eller guld.

Istället för att lita på mängden ljus som reflekteras från metallpartiklar, denna nya process, att presenteras i tidskriften eLife , involverar att leverera ljusenergi till silver- eller guldnanopartiklar som deponeras på neuroner och avbilda de högre energinivåerna som är resultatet av deras vibrationer, känd som ytplasmoner.

Denna teknik är särskilt effektiv eftersom ljuset som emitteras från metallpartiklar är motståndskraftigt mot blekning, vilket innebär att årtionden gamla vävnadsprover som erhållits genom andra processer, som Golgi-färgningsmetoden från slutet av 1880-talet, kan avbildas upprepade gånger.

Den nya processen uppnåddes genom att använda spektral detektion på ett laserskanningskonfokalmikroskop (LSCM), gjordes först tillgänglig i slutet av 1980-talet och, tills nu, används mest för fluorescerande avbildning.

Parat med sådana metoder, silver- och guldbaserad cellmärkning är redo att låsa upp ny information i en myriad av arkiverade exemplar. Vidare, silverimpregnerade preparat bör behålla sin höga bildkvalitet i ett sekel eller mer, möjliggör arkivering som kan hjälpa till med klinisk forskning och sjukdomsrelaterade diagnostiska tekniker för cancer och neurologiska störningar.

"För medicinsk diagnostik, äldre och nyare exemplar kunde jämföras med vetskapen om att signalintensiteten skulle förbli ganska enhetlig oavsett provets ålder eller upprepad ljusexponering, säger den bidragande författaren Karen Mesce från University of Minnesota.

"Med förutsägelsen att mikroskopiska tekniker med överlägsen upplösning kommer att fortsätta att utvecklas, äldre arkiverade prover kunde återskapas med nyare teknologier och med förtroende för att signalen i fråga bevarades. Progressionen eller stabiliteten av en cancer eller annan sjukdom kan därför kartläggas med noggrannhet över långa tidsperioder."

För att uppskatta den förbättrade bildkvaliteten som produceras av den nya tekniken, teamet undersökte först en konventionell ljusfältsbild av en metallmärkt neuron i en gräshoppas bukganglion, en typ av minihjärna som, även i den storleken, presenterade ofokuserade strukturer.

De avbildade sedan samma ganglion med den spektrala LSCM justerad till tillverkarens traditionella fluorescensinställningar, resulterar endast i stark naturlig fluorescens och en kollektiv mörk oskärpa i stället för de silvermärkta neuronerna.

Dock, efter att ha samlat ljusenergin som emitteras från vibrerande ytplasmoner i den spektrala LSCM, laget fick spektakulära tredimensionella datorbilder av silver- och guldimpregnerade neuroner. Detta har en enorm potential för att stimulera en omprövning av arkiverade preparat, inklusive Golgi-färgade och kobolt/silvermärkta nervsystem.

Dessutom, genom att använda ett antal olika metallbaserade cellmärkningstekniker i kombination med de nya LSCM-protokollen, vävnads- och cellprover kan genereras och avbildas med lätthet och i stor tredimensionell detalj. Förändringar i även små strukturella detaljer hos neuroner kan identifieras, som ofta är viktiga indikatorer på neurologisk sjukdom, inlärning och minne, och hjärnans utveckling.

"Både nya och arkiverade preparat är i huvudsak permanenta och informationen som samlas in från dem ökar tillgängliga data för att karakterisera neuroner som individer eller som medlemmar i klasser för jämförande studier, lägga till nya neuronala banker, " säger den första författaren Karen Thompson från Agnes Scott College.

"Precis som plasmonresonans kan förklara den fortsatta intensiteten av de röda (orsakade av silvernanopartiklar) och gula (guldnanopartiklar) färger i månghundraåriga medeltida målat glas och andra konstverk, metallimpregnerade neuroner kommer sannolikt aldrig att blekna, varken i informationen de tillhandahåller eller i sin inneboende skönhet, " tillägger Mesce.