可穿戴显微镜将改变对“疼痛”研究

据麦姆斯咨询的最新报道，索尔克生物研究所（Salk Institute for Biological Studies）新研发的一种带有定制微光学元件的可穿戴显微镜，能够植入小鼠体内，提供高速多色成像，用于实时观察小鼠脊髓中的神经元活动。

研究团队项称，该项目解决了以前可穿戴显微镜的多重挑战，包括有限的工作距离、分辨率、对比度和消色差范围。未来，该技术的发展将帮助研究人员更好地了解在健康和疾病背景下感觉和运动的神经基础，例如慢性疼痛、瘙痒、肌萎缩侧索硬化症或多发性硬化症等。

可穿戴显微镜深探中枢神经系统

“这款新型的可穿戴型显微镜使我们能够以其他高分辨率技术无法达到的速度看到在某区域与感觉和运动相关的神经活动，”索尔克研究所副教授Axel Nimmerjahn 表示，研究团队将应用这项技术来收集有关中枢神经系统的新信息，尤其是对脊髓中的星形胶质细胞（一种神经胶质细胞）、星形非神经胶质细胞进行成像，因为他们的早期工作表明这些细胞出人意料地参与了痛觉加工过程。

另外，研究团队还在实验中发现，挤压老鼠的尾巴会激活星形胶质细胞，从而在脊髓节段间发送协调信号。“在新型显微镜发明之前，我们很难知道星形胶质细胞是如何活动的；或者说，对于正在运动着的动物，我们很难看到它们脊髓区域的细胞活动是什么样的。而如今，我们的可穿戴型显微镜从根本上改变了研究中枢神经系统的可能方法。” Axel Nimmerjahn说，“它能够将疼痛信号发生的时间、地点以及参与该过程的细胞可视化，这使我们可以测试和设计治疗干预措施。这类新型显微镜可能会彻底改变对疼痛的研究。”

可穿戴显微镜的技术运用

该可穿戴显微镜的设计目标包括大于2毫米的工作距离、1至2微米的空间分辨率以及宽广的消色差范围。在光学建模之后，索尔克生物研究所构建了一对围绕六个定制微透镜构建的仪器，这些微透镜安装在大约7和14毫米宽（大约是小指或人体脊髓的宽度）、重量不到0.2克的镜筒组件中，可在以前无法进入的脊柱区域实时提供高分辨率、高对比度的多色成像。

微棱镜植入物也被植入到感兴趣的组织区域附近，这是该系统的关键组成部分。微棱镜增加了成像的深度，因此可以让研究人员首次观察到以前无法到达的细胞。它还可以在对组织的干扰降至最小的情况下，同时对不同深度的细胞成像。

Nimmerjahn 实验室的前博士后 Pavel Shekhtmeyster表示，“我们的可穿戴型显微镜足够轻，能够戴在小鼠身上，并进行在从前被认为是不可实现的监测。我们已经克服了脊髓研究中的视野和深度障碍。”

“能够可视化疼痛信号发生的时间和地点以及参与该过程的细胞使我们能够测试和设计治疗干预措施。” Daniela Duarte说，“这些新的可穿戴显微镜可以彻底改变疼痛的研究。”