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徠卡腦科學跨尺度成像——精細結構及功能成像

更新時間：2024-10-18 點擊次數(shù)：212

在腦科學研究的廣闊領域中，對神經網絡的精細結構與動態(tài)功能的深入理解是解開大腦奧秘的關鍵。然而，傳統(tǒng)的成像技術往往面臨分辨率不足的挑戰(zhàn)，尤其是在密集神經追蹤和分子亞細胞結構的精確定位上。這些限制極大地阻礙了我們對神經元連接、突觸可塑性、以及細胞內蛋白互作等核心問題的深入探索。

為了克服這些障礙，我們推出了腦科學跨尺度成像解決方案，集成了共聚焦STELLARIS系統(tǒng)、高分辨模塊Lightning、納米超高分辨TauSTED Xtend，以及功能成像熒光壽命模塊FALCON，為腦科學研究提供了you越的成像精度和功能分析能力。

共聚焦STELLARIS系統(tǒng)

作為徠卡腦科學成像方案的核心，STELLARIS系統(tǒng)以其zhuo越的光學性能和穩(wěn)定性，成為研究神經元精細結構buke或缺的工具。該系統(tǒng)支持多通道同時成像，能夠捕獲到神經元網絡中的復雜交互，特別適用于樹突棘、軸突等細微結構的可視化。此外，STELLARIS系統(tǒng)還具備高度的靈活性和可擴展性，可根據(jù)具體研究需求配置不同的物鏡和探測器，滿足多樣化的實驗要求。

NCAD染色的整個CO（cortical organoids）和ENO（expanded neuroepithelium organoids）類器官的代表性熒光圖像。虛線描繪了不同類器官中rosettes的基部和神經上皮結構^[1]。

用 GFAP（紅色）、Iba-1（綠色）和 CD68（青色）以及 DAPI（藍色）抗體染色的 40 周齡雄性 Conv-R、GF 和 Ex-GF 小鼠海馬切片的代表性免疫熒光圖像^[2]。

高分辨模塊Lightning

針對更高分辨率的需求，徠卡的高分辨模塊Lightning幫助研究人員能夠更清晰地觀察到神經元的亞細胞結構，如線粒體、內質網等細胞器，以及它們之間的空間定位關系。Lightning模塊的應用極大地擴展了我們對神經元內部世界的認知邊界。

納米超高分辨TauSTED Xtend

為了進一步提升分辨率，徠卡發(fā)展了納米超高分辨TauSTED Xtend技術。STED（受激發(fā)射損耗）實現(xiàn)了遠超傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡的分辨率。TauSTED Xtend模塊將這一技術推向了ji致，使得分辨率達到納米級別。這一技術革新使得研究人員能夠直接觀察到分子尺度的細節(jié)，如蛋白分子的精確定位和動態(tài)變化，為揭示神經元功能機制提供了強有力的支持。

來自DIV21皮質神經元的GFP轉染(灰色)樹突的代表性Raw STED和Tau-STED圖像[3]。用Alexa Fluor 594偶聯(lián)二抗(紅色)和直接與Abberior STAR 635P偶聯(lián)的PSD-95納米體(綠色)對培養(yǎng)物進行共染色。插圖(方形)顯示了PSD-95抗體和納米體(箭頭)共同標記的脊柱。Scale bars:2 µm; inset: 500 nm。

WT、Spp1KO/KO、AppNL-F和AppNL-F·Spp1KO/KO SLM中Homer1和Bassoon puncta共定位的STED圖像[4]。Scale bars:5 µm。

功能成像熒光壽命模塊FALCON

除了結構成像外，功能成像也是腦科學研究的重要方面。徠卡的功能成像熒光壽命模塊FALCON通過測量熒光分子的壽命參數(shù)，提供了關于分子環(huán)境、相互作用以及動態(tài)變化的重要信息。這一技術特別適用于研究神經元活動時的蛋白構象變化、離子濃度波動等生理過程。FALCON模塊的應用使得研究人員能夠在細胞水平上實時觀測神經元的功能狀態(tài)，以及研究細胞內環(huán)境的變化，如氧化還原狀態(tài)、pH值變化等，為深入理解大腦的工作原理提供了新的視角。

造血干細胞和祖細胞(HSPCs)代謝表型的FLIM分析示意圖(左)和體外分化的造血干細胞和新分離的HSPCs沿分化層次的代表性圖像(右)^[5]。Scale bars:10 µm。

徠卡腦科學跨尺度成像解決方案，無論是精細結構的可視化還是功能狀態(tài)的實時監(jiān)測，這一方案都展現(xiàn)了強大的潛力和廣泛的應用前景。隨著技術的不斷進步和完善，徠卡顯微將繼續(xù)為揭開大腦奧秘貢獻更多的智慧和力量。

參考文獻：（上下滑動查看更多）

[1]Pagliaro, A., Finger, R., Zoutendijk, I. et al. Temporal morphogen gradient-driven neural induction shapes single expanded neuroepithelium brain organoids with enhanced cortical identity. Nat Commun 14, 7361 (2023). doi:10.1038/s41467-023-43141-1

[2] Dong-oh Seo et al. ,ApoE isoform– and microbiota-dependent progression of neurodegeneration in a mouse model of tauopathy.Science379,eadd1236(2023).DOI:10.1126/science.add1236

[3] Jones G, Akter Y, Shifflett V, Hruska M. Nanoscale analysis of functionally diverse glutamatergic synapses in the neocortex reveals input and layer-specific organization. Preprint. bioRxiv. 2024. doi:10.1101/2024.05.01.592008

[4] De Schepper, S., Ge, J.Z., Crowley, G. et al. Perivascular cells induce microglial phagocytic states and synaptic engulfment via SPP1 in mouse models of Alzheimer’s disease. Nat Neurosci. 26, 406–415 (2023). doi:10.1038/s41593-023-01257-z

[5] Hao Zhou et al. Label-free metabolic optical biomarkers track stem cell fate transition in real time. Sci. Adv.10, eadi 6770(2024). DOI:10.1126/sciadv.adi6770

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