Un film time-lapse girato all'interno del cervello

Un nuovo tipo di microendoscopio consente agli scienziati di osservare le cellule nervose e i vasi sanguigni in profondità nel cervello di un animale vivente per giorni, settimane o addirittura mesi. Una squadra guidata da Mark Schnitzer , professore associato di biologia e fisica applicata alla Stanford University, ha sviluppato l'endoscopio, uno strumento ottico utilizzato per scrutare nel corpo, insieme a un sistema per inserirlo nello stesso punto di volta in volta. Questa caratteristica ha permesso agli scienziati di tenere traccia dei cambiamenti in caratteristiche minuscole, come le connessioni tra le cellule del cervello.

Brainscope: Utilizzando un micro-endoscopio impiantato in profondità nel cervello, i ricercatori possono vedere che i vasi sanguigni che alimentano un tumore si deformano nel tempo.

Penso che sarà un potente strumento per monitorare le proprietà delle cellule per lunghi periodi di tempo in risposta ai cambiamenti nell'ambiente, nel corso dell'apprendimento, durante l'invecchiamento o la progressione della malattia, afferma Schnitzer. Alcune malattie dello sviluppo e neurodegenerative, ad esempio, danneggiano le connessioni tra i neuroni in profondità nel cervello.

Di particolare interesse per i neuroscienziati è l'ippocampo, un'area profonda del cervello che è cruciale per la memoria. In precedenza, gli scienziati erano stati in grado di esaminare in dettaglio regioni come questa solo con metodi altamente invasivi e in un unico momento. Ma molti disturbi cerebrali si verificano lentamente, afferma Schnitzer. Non vogliamo solo un'istantanea, vogliamo un time-lapse [film] su una scala temporale che sia rilevante per la progressione della malattia.

Il team di Schnitzer ha sviluppato il microendoscopio per diversi anni. Soprannominato l'ago ottico, ha un diametro compreso tra 500 e 1.000 micron sulla punta, circa la metà della larghezza di un chicco di riso. Sebbene il dispositivo assomigli a una versione ridotta degli endoscopi ora comunemente usati per la chirurgia, la minuscola lente è leggermente diversa. Le dimensioni ridotte del dispositivo rendono impraticabile una lente curva, tipica della maggior parte dei microscopi. Invece, la sua lente è realizzata con un materiale che presenta variazioni interne nel suo profilo rifrangente per guidare i raggi di luce.

Nel nuovo studio, pubblicato online questo mese in Medicina della natura , i ricercatori dimostrano di poter utilizzare il micro-endoscopio per osservare lo stesso punto nel cervello nel tempo. Per prima cosa impiantano un tubo guida di vetro nel cervello di un animale, posizionandolo appena sopra l'area di interesse, con un minuscolo vetrino da microscopio che ne copre la punta. Possono quindi inserire il micro-endoscopio nel tubo, scattando foto delle cellule utilizzando un microscopio standard a due fotoni. Dopo l'imaging, puoi estrarre il microago, riportare l'animale nella sua gabbia, quindi reinserirlo [giorni o settimane] dopo e guardare di nuovo, dice Schnitzer.

Elly Nedivi , professore associato di neurobiologia al MIT, afferma che essere in grado di tornare sempre nello stesso punto potrebbe essere una delle applicazioni più importanti del microendoscopio. Potresti usarlo per vedere se i farmaci stanno avendo un effetto, ad esempio se un tumore risponde al trattamento, dice.

Nei loro esperimenti iniziali, i ricercatori di Stanford hanno esaminato le strutture neurali nell'ippocampo, uno dei pochi luoghi del cervello in cui nascono nuovi neuroni in età adulta. Schnitzer ipotizzò che, a causa di questa stretta vicinanza a nuove cellule, queste strutture sarebbero cambiate con la formazione di nuovi ricordi. Ma non è quello che abbiamo trovato, dice. Dopo aver esaminato più di 4.000 dendriti, abbiamo visto pochissimi casi di cambiamento.

In una seconda serie di esperimenti progettati per vedere come il cervello cambia in risposta alla malattia, il team di Schnitzer ha iniettato cellule cancerose in un lato del cervello di un topo. Queste cellule sono poi diventate tumori, consentendo agli scienziati di osservare i cambiamenti nei vasi sanguigni che accompagnano il cancro. I ricercatori hanno scoperto che i vasi sul lato canceroso del cervello erano instabili e il flusso sanguigno rallentava. Il lato sano del cervello è rimasto stabile.

Emily Singer è l'editor di biomedicina di Revisione della tecnologia.

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