Las herramientas que permiten a los neurocientíficos registrar y cuantificar la actividad funcional dentro del cerebro vivo tienen una gran demanda. Tradicionalmente, los investigadores han utilizado técnicas como la resonancia magnética funcional, pero este método no puede registrar la actividad neuronal con alta resolución espacial o en sujetos en movimiento.En los últimos años, una tecnología llamada optogenética ha demostrado un éxito considerable en el registro de la actividad neuronal de los animales en tiempo real con resolución de una sola neurona. Las herramientas optogenéticas utilizan la luz para controlar las neuronas y registrar señales en tejidos que están modificados genéticamente para expresar proteínas sensibles a la luz y fluorescentes.Sin embargo, las tecnologías existentes para obtener imágenes de señales de luz del cerebro tienen inconvenientes en su tamaño, velocidad de imagen o contraste que limitan sus aplicaciones en neurociencia experimental.
Una tecnología llamada imágenes de fluorescencia de lámina de luz promete imágenes de la actividad cerebral en 3D con alta velocidad y contraste superando múltiples limitaciones de otras tecnologías de imágenes. En esta técnica, se dirige una lámina delgada de luz láser lámina de luza través de una región de interés del tejido cerebral, y los reporteros de actividad fluorescente dentro de los tejidos cerebrales responden emitiendo señales de fluorescencia que los microscopios pueden detectar. Escanear una hoja de luz en el tejido permite obtener imágenes volumétricas de alta velocidad y alto contraste de la actividad cerebral.
Actualmente, el uso de imágenes cerebrales de fluorescencia en láminas de luz con organismos no transparentes como un ratón es difícil debido al tamaño del aparato necesario. Para hacer que los experimentos con animales no transparentes y, en el futuro, animales que se muevan libremente, sean factibles, los investigadores primeronecesita miniaturizar muchos de los componentes.
Un componente clave para la miniaturización es el propio generador de láminas de luz, que debe insertarse en el cerebro y, por lo tanto, debe ser lo más pequeño posible para evitar desplazar demasiado tejido cerebral. En un nuevo estudio publicado en neurofotónica , un equipo internacional de investigadores del Instituto de Tecnología de California EE. UU., Universidad de Toronto Canadá, University Health Network Canadá, Instituto Max Planck de Física de Microestructuras Alemania y Advanced Micro Foundry Singapurdesarrolló un generador de láminas de luz en miniatura, o una sonda neuronal fotónica, que se puede implantar en el cerebro de un animal vivo.
Los investigadores utilizaron tecnología nanofotónica para crear sondas neuronales fotónicas ultrafinas basadas en silicio que emiten múltiples láminas delgadas de luz direccionables con espesores <16 micrómetros en distancias de propagación de 300 micrómetros en el espacio libre. Cuando se probaron en tejidos cerebrales de ratones que fueron modificados genéticamente.Para expresar proteínas fluorescentes en sus cerebros, las sondas permitieron a los investigadores obtener imágenes de áreas tan grandes como 240 μm × 490 μm. Además, el nivel de contraste de la imagen fue superior al de un método de imagen alternativo llamado microscopía de epifluorescencia.
Al describir la importancia del trabajo de su equipo, el autor principal del estudio, Wesley Sacher, dice: "Esta nueva tecnología de sonda neuronal fotónica implantable para generar láminas de luz dentro del cerebro evita muchas de las limitaciones que han limitado el uso de la fluorescencia de láminas de luzimágenes en neurociencia experimental. Predecimos que esta tecnología conducirá a nuevas variantes de microscopía de láminas de luz para imágenes cerebrales profundas y experimentos de comportamiento con animales que se mueven libremente ".
Tales variantes serían de gran ayuda para los neurocientíficos que buscan comprender el funcionamiento del cerebro.
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Materiales proporcionado por SPIE - Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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