Nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh đạt bước đột phá mới về kính hiển vi đa photon khi chụp thành công hình ảnh não sâu ở chuột.
Kính hiển vi chỉ nặng 2,17g, đã thu được hình ảnh ổn định của vỏ não và tế bào thần kinh hồi hải mã của những con chuột di chuyển tự do, một phương pháp hứa hẹn có thể khám phá những bí ẩn của bộ não người trong tương lai, theo nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Nature Methods hôm 24/2.
Một con chuột đeo kính hiển vi ba photon do Đại học Bắc Kinh phát triển đang khám phá môi trường xung quanh nó. (Ảnh: Xinhua)
Nhóm nghiên cứu do Cheng Heping, Giám đốc Trung tâm Hình ảnh Y sinh Quốc gia Trung Quốc tại Đại học Bắc Kinh dẫn đầu, đã nghiên cứu phát triển thiết bị này trong nhiều năm.
Họ tạo kính hiển vi hai photon thu nhỏ đầu tiên với trọng lượng 2,2 g vào năm 2017 và thu được hình ảnh động về các hoạt động của tế bào thần kinh (neuron) và khớp thần kinh (synapse) trong vỏ não của chuột khi di chuyển tự do.
Sau nhiều năm phát triển, nhóm đã nâng cấp kính hiển vi hai photon để mở rộng trường hình ảnh lên 7,8 lần và có thể chụp được hình ảnh ba chiều về các tín hiệu chức năng của tế bào thần kinh vỏ não. Kính hiển vi ba photon mới có độ sâu hình ảnh lớn hơn nhiều so với các kính hiển vi đa photon thu nhỏ trước đây.
Nó có thể thâm nhập vào toàn bộ vỏ não và thể chai (một bó thần kinh dày bên dưới vỏ đại não) của những con chuột di chuyển tự do và ghi lại hình ảnh hoạt động của canxi ở vùng hồi hải mã ở độ sâu tới 1,2 mm, đây là một thách thức lớn đối với các nhà thần kinh học trên toàn cầu.
Hoạt tính canxi là một chỉ số phản ánh hoạt động của tế bào thần kinh và có thể được theo dõi khi kết hợp với các phân tử huỳnh quang. Tuy nhiên, sự tán xạ ánh sáng trong mô não, đặc biệt là thể chai dưới vỏ não, ngăn huỳnh quang thâm nhập sâu, làm hạn chế độ sâu của hình ảnh.
Hình ảnh chụp bởi kính hiển vi ba photon cho thấy vỏ não và vùng hồi hải mã trong não sâu của chuột, với các đốm màu xanh lá cây hiển thị tín hiệu canxi huỳnh quang của tế bào thần kinh. (Ảnh: Xinhua).
Hồi hải mã nằm bên dưới vỏ não và thể chai. Các kính hiển vi đa photon thu nhỏ trước đây trên thế giới đã không thể chụp ảnh chúng mà không xâm lấn, theo Zhao Chunzhu, thành viên nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Kinh.
Kính hiển vi ba photon do nhóm của Cheng phát triển đã chụp thành công hình ảnh trong não sâu của chuột nhờ cấu hình quang học sáng tạo, giúp tối đa hóa hiệu quả thu thập của huỳnh quang tán xạ.
Theo nghiên cứu, kính hiển vi có thêm ưu điểm là độc tính quang học thấp, không gây ra hiện tượng tẩy màu huỳnh quang hoặc lão hóa sớm khi quan sát các hoạt động của tế bào thần kinh trong thời gian dài.