211service.com
Een time-lapse-film opgenomen in de hersenen
Met een nieuw type micro-endoscoop kunnen wetenschappers dagen, weken of zelfs maanden lang zenuwcellen en bloedvaten diep in de hersenen van een levend dier bekijken. Een team onder leiding van Mark Schnitzer , universitair hoofddocent biologie en toegepaste natuurkunde aan de Stanford University, ontwikkelde de endoscoop - een optisch instrument dat wordt gebruikt om in het lichaam te kijken - samen met een systeem om het keer op keer op dezelfde plek in te brengen. Met deze functie konden wetenschappers veranderingen in minuscule kenmerken volgen, zoals de verbindingen tussen cellen in de hersenen.
Brainscope: Met behulp van een micro-endoscoop die diep in de hersenen is geïmplanteerd, kunnen onderzoekers zien dat de bloedvaten die een tumor voeden na verloop van tijd vervormd raken.
Ik denk dat het een krachtig hulpmiddel zal zijn om eigenschappen van cellen gedurende lange perioden te volgen als reactie op veranderingen in de omgeving, in de loop van het leren, tijdens veroudering of de progressie van ziekte, zegt Schnitzer. Sommige ontwikkelings- en neurodegeneratieve ziekten beschadigen bijvoorbeeld verbindingen tussen neuronen diep in de hersenen.
Van bijzonder belang voor neurowetenschappers is de hippocampus, een gebied diep in de hersenen dat cruciaal is voor het geheugen. Voorheen waren wetenschappers in staat om regio's zoals deze in detail alleen met zeer invasieve methoden en op een enkel moment in de tijd te bekijken. Maar veel hersenaandoeningen ontstaan langzaam, zegt Schnitzer. We willen niet alleen een momentopname, we willen een time-lapse [film] op een tijdschaal die relevant is voor de progressie van de ziekte.
Het team van Schnitzer ontwikkelt de micro-endoscoop al enkele jaren. Hij wordt de optische naald genoemd en heeft een diameter van 500 tot 1000 micron aan de punt - ongeveer de helft van de breedte van een rijstkorrel. Hoewel het apparaat lijkt op een verkleinde versie van de endoscopen die nu vaak worden gebruikt voor operaties, is de kleine lens iets anders. Het kleine formaat van het apparaat betekent dat een gebogen lens, typisch voor de meeste microscopen, onpraktisch is. In plaats daarvan is de lens gemaakt van een materiaal met interne variaties in het brekingsprofiel om lichtstralen te geleiden.
In de nieuwe studie, deze maand online gepubliceerd in Natuurgeneeskunde , tonen onderzoekers aan dat ze de micro-endoscoop kunnen gebruiken om dezelfde plek in de hersenen in de loop van de tijd te observeren. Ze implanteren eerst een glazen geleidebuis in de hersenen van een dier en plaatsen deze net boven het interessegebied, met een klein microscoopglaasje dat de punt bedekt. Vervolgens kunnen ze de micro-endoscoop in de buis steken en foto's maken van de cellen met een standaard twee-fotonenmicroscoop. Na beeldvorming kun je de micronaald eruit trekken, het dier terugbrengen naar zijn kooi, het dan [dagen of weken] later weer inbrengen en opnieuw kijken, zegt Schnitzer.
Elly Nedivi , universitair hoofddocent neurobiologie aan het MIT, zegt dat het steeds weer kunnen terugkeren naar dezelfde plek een van de belangrijkste toepassingen van de micro-endoscoop kan zijn. Je zou het kunnen gebruiken om te zien of medicijnen effect hebben, bijvoorbeeld of een tumor reageert op de behandeling, zegt ze.
In hun eerste experimenten onderzochten de Stanford-onderzoekers neurale structuren in de hippocampus, een van de weinige plaatsen in de hersenen waar nieuwe neuronen op volwassen leeftijd worden geboren. Schnitzer veronderstelde dat, vanwege deze nabijheid van nieuwe cellen, deze structuren zouden veranderen met de vorming van nieuwe herinneringen. Maar dat is niet wat we vonden, zegt hij. Na het bekijken van meer dan 4.000 dendrieten, zagen we zeer weinig gevallen van verandering.
In een tweede reeks experimenten om te zien hoe de hersenen veranderen als reactie op ziekte, injecteerde het team van Schnitzer kankercellen in één kant van de hersenen van een muis. Deze cellen groeiden vervolgens uit tot tumoren, waardoor wetenschappers de veranderingen in bloedvaten konden observeren die gepaard gaan met kanker. Onderzoekers ontdekten dat de bloedvaten aan de kankerachtige kant van de hersenen onstabiel waren en dat de bloedstroom vertraagde. De gezonde kant van de hersenen bleef stabiel.
Emily Singer is de redacteur biogeneeskunde van Technologie recensie.