Forscher an der Stanford University, Palo Alto, Kalifornien, haben eine nicht-invasive Technologie, die erkennt, wenn Nervenzellen feuern, der basierend auf änderungen in der Form. Die Methode könnte verwendet werden, um zu beobachten, Nerven-Aktivität in leicht-zugänglichen Teile des Körpers, wie das Auge, die es erlauben würde, die ärzte quantitativ zu überwachen visuellen Funktion auf zellulärer Ebene. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Licht: Wissenschaft und Anwendungen. Die Arbeit wurde finanziert durch das National Eye Institute, Teil der Nationalen Institute der Gesundheit.
Wenn Nerven Feuer, es gibt eine änderung in dem elektrischen potential (trans-Membran-Spannung) in der Zelle. Aktuelle Techniken für die überwachung von Nerv sind invasive — die entweder Elektroden in der Nähe der Nerven oder fluoreszierende Marker eingefügt in die Zelle. Aber eine neue Technik, entwickelt von der Stanford-team, stattdessen nutzt den Nebeneffekt, dass die änderung in der Spannung. Wie die Nervenzelle feuert, wird die Zellmembran vorübergehend wird etwas steifer, was zu einer Abrundung der Zelle Form. Diese Zellform ändert, können abgeholt werden von interferometrischen (phase) Sicherung, die Sinne sind Veränderungen in der Licht, das durch die Zelle oder reflektiert von der Oberfläche.
Tong Ling, Ph. D., und Kollegen, die im Labor von Daniel Palanker, Ph. D., Stanford gebaut, einer interferometrischen Mikroskop ausgestattet mit einem high-speed-Kamera, die sammelt 50.000 frames pro Sekunde. Diese Geschwindigkeit ist wichtig, weil die änderungen in Zelle Form sind subtil, so gibt es sehr wenig signal im Vergleich zum Rauschen in den Bildern. Mit high-speed-imaging, können die Forscher kombinieren die 50 frames zusammen, in Blöcken, womit der Lärm und die Erhöhung der Stärke des Signals. Sie auch entworfen, einen neuartigen Algorithmus, der würde erkennen, informativ Regionen (D. H. die Teile der Zellen, in denen die meisten) und boost das signal weiter.
„Diese nanometer-Maßstab, die Form zu ändern ist sehr schwer zu sehen,“ sagte Palanker, „aber mit ultraschnellen quantitative phase-Bildgebung, ist es tatsächlich sichtbar zu sein.“
Mit einer Schale von Zellen, die zuvor entwickelt, um Feuer wie Neuronen, verglichen die Forscher Ihre Methode, um klassische, Elektrode-basierte Messungen von Neuronen. Die Aufnahmen von Ihrem Mikroskop genau aufeinander abgestimmt, die elektrische Signale gespürt, die von den Elektroden.
Das Projekt ist Teil einer größeren Zusammenarbeit, finanziert durch die NEI Kühnen Ziele der Initiative für Regenerative Medizin, ein Programm, das darauf abzielt, die Sehfähigkeit wiederherzustellen verloren wegen der Netzhaut Verletzung oder Krankheit. Das letztendliche Ziel des Projektes ist es, diese Technologie zu nutzen, Signale zu entdecken, die übergabe durch den Sehnerv, oder auch Signale von einzelnen Nervenzellen in der Netzhaut. Eine direkte überwachung des Nerven in das Auge, wird helfen Forscher entwickeln und testen neue Therapien zur Wiederherstellung der visuellen Funktion.
„Unsere Aufgabe in diesem gemeinsamen gewähren, wurde die Einrichtung der grundlegenden Tatsachen — wie schnell und wie viel die Zellen während der Aktion bewegen Potenzial — und entwickeln Sie die besten technischen Strategien für das system werden dann verwendet, in den Menschen,“ sagte Palanker. „Ich denke, das Papier wird eine solide Referenz in Bezug auf mechanische Effekte in Zellen, wenn Sie feuern.“
Vorwärts, team-Mitglieder, einschließlich der Gewährung des principal investigator, Austin Roorda, Ph. D., University of California, Berkeley, wird bestimmen, wie die Verwendung dieser Technik mit optischer Kohärenz-Tomographie, einem bildgebenden Technik Häufig verwendet, um zu visualisieren, die die Rückseite des Auges.
„Nicht-invasiven, optischen, neuronalen Aufnahme-Techniken wie diejenigen, die Pionierarbeit von Dr. Palanker und sein team sind sehr spannend, weil, im Gegensatz zu anderen Methoden, können diese dazu verwendet werden könnten, die in menschlichen Augen“, sagte Roorda. „Diese Entwicklungen geben Versprechen für ein Tag, wenn wir untersuchen, Erkrankungen der Netzhaut im menschlichen auf der Zell-Skala und Bewertung der Behandlungen, um Sie zu heilen.“
