Kỹ thuật Hình ảnh tán xạ ánh sáng (SLI) cung cấp một phương pháp có độ phân giải cao, tiết kiệm chi phí để lập bản đồ những kết nối thần kinh trong não. Kỹ thuật SLI bao gồm quy trinh phân tích những kiểu tán xạ ánh sáng trong chụp cắt lát não mỏng, mang lại kết quả chi tiết hơn những phương pháp hiện đang sử dụng như Chụp cộng hưởng từ có trọng số khuếch tán dMRI, đồng thời dễ tiếp cận và nhanh hơn Tán xạ tia X góc nhỏ SAXS.

 Những con đường dây thần kinh, kết nối các tế bào và các khớp thần kinh trong não. Ảnh minh họa Life Xchange Solution

Quá trình phân tích (gỡ rối) mạng lưới sợi thần kinh phức tạp của não trở nên dễ dàng tiếp cận hơn bằng Kỹ thuật hình ảnh ánh sáng tán xạ (SLI). Trong một nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Công nghệ (TU) Delft , Jülich (Đức) và Đại học Stanford (Mỹ) đã kết hợp thành công Tán xạ tia X với phương pháp chụp cộng hưởng từ MRI để phân biệt con đường của sợi thần kinh, bao gồm cả những vùng có nhiều sợi vướng víu.

Sử dụng Kỹ thuật SLI để chụp ảnh cắt lát não bộ đã cho kết quả tuyệt vời, con đường sợi thần kinh được thể hiện với cấp độ chi tiết cao nhất, đồng thời nhanh hơn và rẻ hơn nhiều so với các kỹ thuật X-quang và MRI. Như đã biết, việc lập bản đồ não bộ chi tiết cần thiết phải hiểu rõ nét về phương thức các sợi thần kinh kết nối với tế bào thần kinh và các khớp thần kinh bên trong não.

Con đường sợi thần kinh được mã hóa màu trong phần não thu được từ hình ảnh ánh sáng tán xạ (SLI, bên trái) và tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS, bên phải). Ảnh: TU Delft

Những con đường trong não bộ

Các khu vực khác nhau trong não được kết nối với nhau trên nền tảng hàng tỷ sợi thần kinh. Những kết nối này rất quan trọng, đảm bảo những chức năng của não hoạt động phù hợp. Nhiệm vụ thiết lập một bản đồ toàn diện về tất cả những kết nối thần kinh phụ thuộc rất nhiều vào các kỹ thuật hình ảnh, có thể gỡ rối những sợi dây thần kinh, hầu hết chỉ mỏng khoảng một micromet.

Thách thức đặc biệt lớn là những vùng có rất nhiều sợi thần kinh đan xen và dày đặc. Miriam Menzel, PGS tại Khoa Vật lý Hình ảnh của TU Delft đã phát triển kỹ thuật SLI để nghiên cứu các chòm sao sợi thần kinh phức tạp này, bà nói: “Chúng tôi chiếu ánh sáng dưới những góc độ khác nhau qua các lát não mỏng như sợi tóc và phân tích những kiểu tán xạ thu được. Chúng tôi không chụp ảnh tế bào thần kinh hoặc khớp thần kinh; chúng tôi muốn tìm hiểu, các tế bào, khớp thần kinh được kết nối thế nào. Nhận biết này có ý nghĩa quan trọng để hiểu rõ được chức năng và những rối loạn chức năng của não.”

Dễ tiếp cận hơn, rẻ hơn và nhanh hơn

Tán xạ tia X góc nhỏ (SAXS) là một phương pháp đã được thiết lập trong khoa học vật liệu để nghiên cứu quan sát và xem xét các cấu trúc tổ chức của các loại vật liệu khác nhau bằng bức xạ synchrotron, phương pháp chụp cộng hưởng từ khuếch tán (dMRI) là một kỹ thuật quan trọng trong phòng khám để hình dung mạng lưới các sơi dây thần kinh ba chiều.

“Hiện chúng tôi đã chứng minh được, dữ liệu SLI nhất quán với dữ liệu từ SAXS và dMRI trong các lát cắt não được kiểm tra, nhưng SLI cung cấp độ phân giải cao hơn dMRI và dễ tiếp cận hơn, rẻ hơn và nhanh hơn những kỹ thuật khác.

PGS Menzel nói: “Đây là một cột mốc tiến bộ quan trọng. Chúng tôi có thể thực hiện các phép đo SLI với nguồn sáng LED đơn giản và máy ảnh chỉ trong vài giây, không yêu cầu máy synchrotron giá trị cao hay máy quét MRI. Là một hệ thống di động, thiết bị có thể dễ dàng được triển khai trong các phòng thí nghiệm bệnh học để hỗ trợ nghiên cứu lâm sàng.”

Độ phân giải cấp độ kính hiển vi

PGS Menzel trong nhiều năm qua đã nghiên cứu kỹ thuật SLI, đầu tiên là ở Jülich và bây giờ là ở UT Delft. Bà đã triển khai kỹ thuật SLI ở Đại học Stanford, cùng các nhà nghiên cứu đồng nghiệp thực hiện các phép đo SAXS và dMRI trên những mẫu cắt lát não, cũng được chụp bằng SLI.

PGS Menzel giải thích: “Hầu hết các kỹ thuật hình ảnh đều gặp khó khăn trong khả năng phân biệt những con đường sợi thần kinh riêng lẻ trong cấu trúc não dày đặc chứa hảng tỷ sợi thần kinh rối rắm hoặc đan xen. SLI đã cung cấp những bản đồ định hướng sợi thần kinh với độ phân giải siêu nhỏ ở những vùng dày đặc này. Đặc biệt là các hướng sợi thần kinh hai chiều (trên mặt phẳng) được phân biệt với độ chính xác cao.

Bước phát triển tiếp theo của kỹ thuật SLI

PGS Menzel nói: “Các nghiên cứu ở UT Delft mang đến những cơ hội quan trọng để phát triển kỹ thuật SLI hơn nữa và phát triển những ứng dụng mới. Nhóm nghiên cứu cũng có kế hoạch áp dụng kỹ thuật SLI để lập bản đồ cho những loại sợi khác như sợi cơ và sợi collagen trong ma trận ngoại bào của các mô liên kết, đồng thời mở rộng vùng mô có thể nghiên cứu. Mục đích của nhóm nghiên cứu là phát triển một hệ thống nhỏ và di động, có thể dễ dàng triển khai ở các phòng thí nghiệm khác. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng sẽ áp dụng kỹ thuật SLI trong các phòng khám.”