O cérebro humano tem bilhões de neurônios. Trabalhando juntos, eles permitem funções cerebrais de ordem superior, como cognição e comportamentos complexos. Para estudar essas funções cerebrais de ordem superior, é importante compreender como a atividade neural é coordenada em várias regiões do cérebro.



Embora técnicas como a ressonância magnética funcional (fMRI) sejam capazes de fornecer informações sobre a atividade cerebral, elas podem mostrar apenas um determinado volume de informações para um determinado momento e área. A microscopia de dois fótons envolvendo o uso de janelas cranianas é uma ferramenta poderosa para produzir imagens de alta resolução, mas as janelas cranianas convencionais são pequenas, dificultando o estudo de regiões cerebrais distantes ao mesmo tempo.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Centro de Pesquisa Exploratória sobre Vida e Sistemas Vivos (ExCELLS) e pelo Instituto Nacional de Ciências Fisiológicas (NIPS) introduziu um novo método para imagens cerebrais in vivo, permitindo observação em larga escala e de longo prazo. de estruturas e atividades neuronais em camundongos acordados.

Este método é chamado de método "nanofolha incorporada em resina fotocurável" (NIRE) e usa nanofolhas de fluoropolímero cobertas com resina fotocurável para criar janelas cranianas maiores.

“O método NIRE é superior aos métodos anteriores porque produz janelas cranianas maiores do que anteriormente possíveis, estendendo-se do córtex parietal ao cerebelo, utilizando a nanofolha biocompatível e a resina transparente fotocurável que muda de forma de líquida para sólida”, diz autor principal Taiga Takahashi da Universidade de Ciências de Tóquio e ExCELLS.

No método NIRE, a resina fotocurável é usada para fixar o CYTOP revestido com óxido de polietileno (PEO-CYTOP), uma nanofolha bioinerte e transparente, na superfície do cérebro. Isso cria uma “janela” que se ajusta perfeitamente à superfície do cérebro, até mesmo à superfície altamente curva do cerebelo, e mantém sua transparência por um longo tempo com pouco estresse mecânico, permitindo aos pesquisadores observar múltiplas regiões cerebrais de camundongos vivos.

"Além disso, mostramos que a combinação de nanofolhas PEO-CYTOP e resina fotocurável permitiu a criação de janelas cranianas mais fortes com maior transparência por longos períodos de tempo em comparação com nosso método anterior. Como resultado, havia poucos artefatos de movimento, que isto é, distorções nas imagens causadas pelos movimentos de ratos acordados", diz Takahashi.

As janelas cranianas permitiram imagens de alta resolução com resolução submicrométrica, tornando-as adequadas para observar a morfologia e atividade de estruturas neurais finas.

"É importante ressaltar que o método NIRE permite que as imagens sejam realizadas por um período mais longo, de mais de 6 meses, com impacto mínimo na transparência. Isso deve tornar possível a realização de pesquisas de longo prazo sobre a neuroplasticidade em vários níveis - desde o nível da rede até o nível celular. nível - bem como durante a maturação, aprendizagem e neurodegeneração", explica a autora correspondente Tomomi Nemoto da ExCELLS e NIPS.

Este estudo é uma conquista significativa no campo da neuroimagem porque este novo método fornece uma ferramenta poderosa para os pesquisadores investigarem processos neurais que antes eram difíceis ou impossíveis de observar. Especificamente, a capacidade do método NIRE de criar grandes janelas cranianas com transparência prolongada e menos artefatos de movimento deve permitir imagens cerebrais in vivo em larga escala, longo prazo e multiescala.

"O método é promissor para desvendar os mistérios dos processos neurais associados ao crescimento e desenvolvimento, aprendizagem e distúrbios neurológicos. As aplicações potenciais incluem investigações sobre codificação de populações neurais, remodelação de circuitos neurais e funções cerebrais de ordem superior que dependem de atividades coordenadas amplamente regiões distribuídas", diz Nemoto.

Em suma, o método NIRE fornece uma plataforma para investigar alterações neuroplásticas em vários níveis durante longos períodos em animais que estão acordados e envolvidos em vários comportamentos, o que apresenta novas oportunidades para melhorar a nossa compreensão da complexidade e função do cérebro.

Mais informações: Taiga Takahashi et al, Janela craniana em grande escala para imagens cerebrais de camundongos in vivo utilizando nanofolhas de fluoropolímero e resina fotocurável, Biologia das Comunicações (2024).
Informações do diário: Biologia das Comunicações

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