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Allen Institute 제공(파일 문서)

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원래 전자제품 제조 시 결함 탐지를 위해 설계된 기술을 사용하여 과학자들은 놀라운 해상도로 뇌 이미지를 캡처할 수 있는 독특한 현미경을 만들었습니다.

'ExA-SPIM' 현미경으로 알려진 전례 없는 세부 정보를 제공하는 능력은 뇌의 수수께끼 같은 구조와 신경 기능에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.

조직 처리, 라벨링 및 형광 현미경 검사법의 최근 발전은 하위 회절 분해능 및 단일 분자 감도에 가까운 세포 및 조직 구조에 대한 탁월한 통찰력을 제공합니다.

신경과학을 포함한 다양한 생물학 분야에서 계속해서 발견을 주도하는 것은 이러한 발전입니다.

즉, 나노미터에서 센티미터까지의 생물학적 조직 전시 규모에 걸쳐 3차원 샘플에 대한 분자 이미징을 가능하게 하려면 더 넓은 시야와 더 높은 이미징 처리량을 갖춘 새로운 현미경이 필요합니다.

이미징 처리량이 높을수록 시스템이 이미지를 더 빠르게 획득할 수 있으므로 더 짧은 기간에 더 많은 데이터를 생성하고 분석할 수 있습니다.

이러한 맥락을 염두에 두고 미국 시애틀에 있는 Allen Institute의 Adam Glaser 박사와 그의 동료들은 새로운 확장 보조 선택적 평면 조명 현미경(ExA-SPIM)을 만들었습니다.

기본적으로 현미경은 레이저 광면을 활용하여 조직 샘플을 관통하므로 조직 샘플을 더 작은 부분으로 절단할 필요가 없습니다.

이 저속 촬영 동영상에서 팀이 어떻게 ExA-SPIM을 구성했는지 확인하세요.

현미경은 과학자들이 대략 해파리 크기와 약 8천만 개의 뉴런을 포함하는 전체 쥐 뇌 내 개별 뉴런과 그 연결을 검사할 수 있는 이미지를 생성합니다.

놀랍게도 그들은 마카크 원숭이의 운동 피질에 있는 피질 척수 뉴런과 인간 백질의 축색 돌기와 같은 특정 특징을 이미지화할 수 있었습니다.

연구원들은 현미경 관찰을 위해 특정 뉴런을 강조하기 위해 특수 형광 태그를 사용했습니다.

앨런 연구소/유튜브

보도 자료에 따르면, 새로운 기계는 2차원(2D) 광면을 사용하여 조직이나 세포를 놀랄 만큼 정밀하게 조명하는 신기술인 "일종의 광시트 현미경"입니다.

ExA-SPIM의 경우 이러한 2D 이미지를 서로 연결하여 전체 마우스 뇌의 3차원 보기를 생성합니다.

또한 이 기술에는 결함 감지 카메라를 비롯한 전자 제조 산업의 요소가 통합되어 있습니다. 이 카메라는 원래 전자 공장의 컨베이어 벨트에 있는 LED 칩의 미세한 결함을 식별하기 위해 설계되었습니다.

이 카메라 기술을 새로운 현미경 시스템에 통합한 결과 빠른 속도로 고해상도 이미징이 가능해졌습니다.

현미경의 최신 결과를 강조하는 아직 동료 검토가 진행되지 않은 연구는 사전 인쇄 Biorxiv에 게재되었으며 여기에서 확인할 수 있습니다.

연구 개요:

조직 처리, 라벨링 및 형광 현미경 검사법의 최근 발전으로 부회절 분해능과 단일 분자 민감도에 가까운 세포와 조직의 구조에 대한 전례 없는 시각이 제공되어 신경과학을 포함한 다양한 생물학 분야의 발견이 주도되고 있습니다. 생물학적 조직은 나노미터에서 센티미터 규모로 구성됩니다. 이 규모의 3차원 샘플 전체에 걸쳐 분자 이미징을 활용하려면 시야와 작동 거리가 더 크고 이미징 처리량이 더 높은 새로운 유형의 현미경이 필요합니다. 우리는 넓은 시야(85mm2)와 작동 거리(35mm)에 걸쳐 회절 제한 및 수차 없는 성능을 갖춘 새로운 확장 보조 선택적 평면 조명 현미경(ExA-SPIM)을 제시합니다. 새로운 조직 제거 및 확장 방법과 결합된 현미경을 사용하면 단면화 없이 회절 제한 해상도와 고대비를 사용하여 전체 마우스 뇌를 포함하여 센티미터 규모 샘플의 나노 규모 이미징이 가능합니다. 우리는 마우스 뇌의 개별 뉴런을 재구성하고, 원숭이 운동 피질의 피질 척수 뉴런을 이미징하고, 인간 백질의 축삭을 추적하여 ExA-SPIM을 설명합니다.