Forskargrupper ledda av Prof. Bi Guoqiang, University of Science and Technology of China (USTC), och Prof. Zhou Pengcheng från Shenzhen Institutes of Advanced Technology vid Chinese Academy of Chinese föreslog en design för ultrakompakta huvudmonterade fluorescensmikroskop, som applicerades på neuroobservationer. Studien publicerades i National Science Review .
Huvudmonterade mikroskop används för kalciumavbildning hos fritt uppträdande djur. Dock förblir utrymmes- och viktbegränsningar en barriär. I den här studien föreslog forskare ett tätt integrerat neuronavbildningsmikroskop (TINIscope) med optimerad optisk, elektronisk och mekanisk design. Med en vikt på 0,43 g är TINIscope det lättaste bland nuvarande huvudmonterade mikroskop. Tack vare sin kompakthet kan TINIscope göra kalciumavbildning i flera regioner.
Istället för att använda ett serialiseringschip sänder bildsensorn direkt serialiserad data, vilket minskar mycket av storleken. Vissa andra komponenter skars också, med bara väsentliga delar kvar. Den krympta sensorn möjliggjorde en optimerad belysningsdesign för att ytterligare minska avståndet mellan optiska komponenter.
TINIscope tillämpade en ny design med placeringen av CMOS-sensorn på sidan och LED-excitering på toppen. Med dikroiska speglar applicerade för att reflektera emissionsfluorescens till sensorer, kunde flera TINIscopes roteras för att fördela sina sensorer rumsligt. Därför uppnåddes multi-region imaging. Slutligen utvecklades en kommutator för att förhindra intrassling orsakad av musens rörelse.
I experimentet applicerades det kalciumkänsliga fluorescerande proteinet GCaMP6s, och var och en av de fyra hippocampala subregionerna hos en mus implanterades med en GRIN-lins. Utrustningen i TINIscope visade sig inte ha någon uppenbar inverkan på mössens beteenden.
Ett T-labyrinttest och ett modifierat arenatest i öppen fält genomfördes sedan, och ömsesidig informationsanalys användes för att identifiera neuroner som uppvisar rumslig inställning. Resultaten visade att de registrerade regionerna alla innehöll rumsligt avstämda neuroner med en andel på cirka 20 %.
Genom att dra fördel av kompaktheten hos TINIscope kan andra moduler kombineras för att nå multimodala experiment. Forskare integrerade TINIscope med optogenetisk stimulering och elektrisk stimulering och registrerade nervcellerna som svarade på stimulering.
Kalciumavbildning i samband med elektrodinspelningar i samma hjärnregion genomfördes också, vilket kunde detektera distinkta vågformer som fortplantade sig i hippocampus såsom krusningar med skarpa vågor.
Mer information: Feng Xue et al, Multiregional kalciumavbildning i fritt uppträdande möss med ultrakompakta huvudmonterade fluorescensmikroskop, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad294
Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina
