腦科學跨尺度成像解決方案：精細結構及功能成像

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，徠卡發展了納米超高分辨TauSTED Xtend技術。STED（受激發射損耗）實現了遠超傳統共聚焦顯微鏡的分辨率。TauSTED Xtend模塊將這一技術推向了極致，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，如蛋白分子的精確定位和動態變化，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偶聯二抗(紅色)和直接與Abberior STAR 635P偶聯的PSD-95納米體(綠色)對培養物進行共染色。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，提供了關于分子環境、相互作用以及動態變化的重要信息。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，以及研究細胞內環境的變化，如氧化還原狀態、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的實時監測，這一方案都展現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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