无创荧光显微技术能为大脑深度成像

来自瑞士苏黎世大学和苏黎世理工大学的研究人员开发出一种被称为漫反射光学定位成像（DOLI）的新技术，利用它可以高分辨率、无创地观察活体小鼠大脑深部的微血管。该技术具有卓越的分辨率，可看到深层组织，为观察大脑功能提供了强大的光学工具，在研究神经活动、微循环、神经血管耦合和神经退化方面具有广阔的应用前景。相关研究目前已发表在美国光学学会期刊《光学》上。

这种技术利用了1000～1700 nm之间的第二近红外（NIR-Ⅱ）光谱，这一范围的光谱散射较少，可以使显微荧光成像的深度达到光扩散深度极限的4倍。

在各种疾病的动物模型中，荧光显微镜经常被用来对大脑的分子和细胞细节进行成像。但此前，由于皮肤和颅骨的强烈光散射影响，荧光显微镜仅限于小体积和高度侵入性的操作。此次研究首次表明，3D荧光显微镜可帮助科学家以非侵入性方式，高分辨率地观察成年小鼠的大脑。该显微镜有效地覆盖了大约1 cm的视野。

首先，研究人员在模仿人体平均大脑组织特性的组织合成模型中测试了这项技术，证明他们可以在光学不透明的组织中获得最深达4 mm的显微分辨率图像；然后，他们在活小鼠身上测试了这项技术。他们给活小鼠静脉注射了荧光微滴，追踪这些流动的荧光微滴可以重建小鼠大脑深部微血管的高分辨率图。观察发现，借助DOLI技术可以完全无创地观察到脑微血管及其血流的速度和方向。

研究人员表示，这种方法消除了背景光散射，并可在头皮和头骨完好无损的情况下进行。他们还观察到相机记录的斑点大小与微滴在大脑中的深度有很大的关系，这使大脑深度分辨成像成为可能。

“在生物医学成像领域，实现深部活体组织的高分辨率光学观测是一个长期的目标。”研究小组组长丹尼尔·拉赞斯基说。

现在，研究人员正在努力优化DOLI技术，以提高其分辨率。他们还在开发改进的荧光剂，这些荧光剂更小、荧光强度更高，并且在体内更稳定，这将大大地提高该技术在清晰度和成像深度方面的性能。