人體的每個組織都含有微觀纖維，有助於協調器官的運動、功能和交流。肌肉纖維控制體力。腸道中的纖維支持胃腸蠕動。大腦纖維攜帶幫助不同區域的電信號。組合時可以交換信息這些複雜的纖維繫統有助於確定每個器官的結構並幫助器官正常運作。
許多疾病會破壞這些脆弱的網絡。在大腦中，幾乎所有神經系統疾病都會出現纖維連接損傷。這會導致神經通訊發生變化。
儘管這些微觀結構發揮著重要作用，但教育方面卻存在長期存在的挑戰。研究人員一直在努力確定纖維如何存在於組織中。這使得我們很難完全理解這些纖維在健康和疾病中如何變化。
揭示隱藏微觀結構的簡單方法。
由神經影像學講師 Marios Georgiadis 博士領導的研究小組推出了一種方法，可以使這些難以看到的纖維圖案變得異常可見，並且成本相對較低。
他們的技術描述於 自然交流它被稱為計算散射光成像 (ComSLI)，可以以微米分辨率揭示任何組織學載玻片上組織纖維的方向和排列，無論載玻片如何染色或保存。即使幻燈片已經有幾十年的歷史了。
放射學教授 Michael Zeineh 醫學博士、哲學博士與 Zeineh 實驗室前訪問學者 Miriam Menzel 博士共同擔任資深作者。
“有關組織結構的信息一直隱藏在眾目睽睽之下，”喬治亞迪斯說。 “ComSLI 使我們能夠查看該信息並繪製地圖。”
ComSLI 如何映射光纖方向？
傳統的成像策略具有重要的局限性。 MRI 可以突出顯示大型解剖網絡。但它無法捕獲小細胞結構。組織學技術通常需要使用特殊染色劑。高端設備和標本均得到精心保存。並且在清晰地描繪光纖交叉點方面仍然存在問題。
ComSLI 基於基本物理原理：當光接觸到非常小的結構時，光會根據光的方向向不同方向散射。通過旋轉光源並記錄散射信號的變化，研究人員能夠重建圖像每個像素內纖維的方向。
該方法僅需要旋轉 LED 燈和顯微鏡相機。與其他先進顯微鏡相比，這使得該設置更易於使用。收集圖像後，軟件分析散射光中的微妙圖案，以創建纖維方向和密度的顏色編碼圖。也稱為根據微觀結構的纖維取向分佈。
ComSLI 不僅限於樣品製備。可與福爾馬林固定、石蠟包埋的切片一起使用。 （醫院和病理實驗室的標準）包括新鮮冷凍載玻片 染色還是不染色？
科學家還可以重新訪問他們最初為不相關項目創建的幻燈片。甚至還有保存了幾十年的幻燈片。這允許新的結構見解。不改變樣品
“這是任何實驗室都可以使用的工具。它可以使用，”Zeineh 說。 “你不需要任何特殊的準備工作或昂貴的設備。最讓我興奮的是，這種方法為任何人打開了大門。從小型研究實驗室到病理實驗室，都可以從他們已有的幻燈片中發現新的見解。”
繪製神經系統和疾病的微觀結構圖
神經科學的一個關鍵目標是高精度地繪製大腦的微觀路徑。 Georgiadis 及其同事使用 ComSLI 對石蠟包埋、福爾馬林固定的全尺寸人類大腦切片進行成像。和標準尺寸的載玻片這揭示了整個組織的詳細纖維結構。
他們還在研究這些纖維在多發性硬化症等神經系統疾病中如何變化。白細胞減少症和阿爾茨海默病
興趣點之一是海馬體。這是大腦深處的區域，對於記憶形成和檢索至關重要。並且經常在神經系統退化的早期階段受到影響。當將阿爾茨海默氏症患者的海馬切片與健康樣本進行比較時，研究小組注意到明顯的結構惡化。纖維的交叉通常有助於連接不同的區域。海馬體大大減少。以及負責將記憶相關信號帶入該區域的主要途徑。 （多孔走道）幾乎看不見。相反，健康的海馬體具有密集的纖維網絡，這些纖維網絡在整個區域相互連接。通過這些詳細的地圖，研究人員能夠看到記憶迴路如何隨著疾病的進展而崩潰。
為了測試這種方法的局限性，研究人員分析了 1904 年以來的大腦切片。即使在這個有百年曆史的樣本中，ComSLI 也能夠識別複雜的纖維模式。它允許科學家研究歷史樣本。並探索結構特徵如何在疾病模型中演變。
超越大腦的應用
儘管 ComSLI 最初是為大腦研究而設計的，但它在其他組織中也能發揮良好的作用。研究小組用它來研究肌肉、骨骼和血管樣本，每個樣本都揭示了與其生物功能相關的獨特纖維排列。
這種方法強調與運動和靈活性相關的多層纖維的方向。在骨骼中，它結合與機械應力一致的膠原纖維。在動脈中，膠原蛋白和彈性蛋白的交替層被發現可以支持強度和彈性。
繪製跨物種、器官和檔案標本的纖維方向的能力可以顯著改變科學家研究結構和功能的方式。這也意味著世界各地數百萬張存檔的幻燈片可能包含未開發的微觀結構信息。
“雖然我們剛剛引入了這種方法，但已經有一些對 ComSLI 設置進行樣本掃描和模擬的請求。許多實驗室和診所在其組織學切片中需要微米分辨率的纖維取向和微連接，”Georgiadis 說。 “另一個令人興奮的計劃是返回腦細胞或特徵明確的名人大腦部分。並恢復微連接數據，揭示很久以前被認為丟失的‘秘密’，這就是 ComSLI 的美妙之處。”
