Theo thông tin từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, giáo sư Bì Quốc Cường và giáo sư Lưu Bắc Minh của trường, kết hợp với Viện Trí tuệ Nhân tạo thuộc Trung tâm Khoa học Quốc gia Tổng hợp Hợp Phì và Viện Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến – Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã phát triển đột phá công nghệ chụp ảnh 3D toàn thân động vật nhỏ với độ phân giải ở cấp độ dưới tế bào – nhanh nhất thế giới. Lần đầu tiên, họ đã dựng được bản đồ 3D chi tiết mạng lưới thần kinh toàn thân của chuột với chất lượng hình ảnh độ nét cao.
Kết quả nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí học thuật quốc tế Cell vào ngày 10/7 theo giờ Bắc Kinh, cung cấp một công cụ hoàn toàn mới để phân tích mạng lưới điều hòa thần kinh ngoại vi và cơ chế bệnh lý.

Theo tìm hiểu, bên trong cơ thể sinh vật tồn tại một “mạng lưới vạn vật sinh học” tinh vi được đan kết từ hàng trăm triệu sợi thần kinh ngoại vi, chịu trách nhiệm truyền tín hiệu hai chiều giữa não bộ và các cơ quan, điều khiển vận động, cảm giác cũng như chức năng nội tạng.

Tuy nhiên, việc nhìn rõ toàn bộ mạng lưới này là vô cùng khó khăn — các sợi thần kinh có đường kính chỉ bằng một phần nhỏ của sợi tóc, đan xen phức tạp khắp cơ thể. Trong thời gian dài, do mâu thuẫn giữa tốc độ và độ phân giải của các phương pháp chụp ảnh, vấn đề “làm sao vừa thấy rõ từng sợi thần kinh đơn lẻ, vừa quan sát được toàn bộ cấu trúc mạng thần kinh của toàn thân” vẫn là một bài toán hóc búa trong lĩnh vực khoa học thần kinh.

Nhóm nghiên cứu đã sáng tạo phát triển một công nghệ chụp ảnh 3D toàn thân chuột ở độ phân giải dưới tế bào với tốc độ cực nhanh, đặt tên là blockface-VISoR, giống như xây dựng một “máy chụp CT siêu cấp” cho cơ thể sống.

Công nghệ này chỉ cần 40 giờ để hoàn thành việc chụp toàn thân chuột trưởng thành, thu được 70TB dữ liệu hình ảnh thô cho mỗi kênh (tương đương với hàng ngàn bộ phim HD), hiệu suất nhanh hơn từ vài lần đến vài chục lần so với các kỹ thuật hiện có, độ phân giải được nâng từ cấp độ mô tế bào của kính hiển vi lớp mỏng truyền thống lên cấp độ đồng nhất dưới tế bào, có thể ghi lại rõ ràng các sợi thần kinh đơn lẻ có đường kính vài micromet.
Dựa trên công nghệ này, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên tiết lộ một số đặc điểm cấu trúc mới như: các tế bào thần kinh tủy ngực có thể phát ra sợi trục vượt qua nhiều đốt sống, hay đường đi phức tạp của dây thần kinh phế vị (vagus).

Giáo sư Bì Quốc Cường nói:

“Chúng tôi không còn phải dựa vào các chứng cứ gián tiếp nữa, mà đã thực sự ‘nhìn thấy trực tiếp’ cách mạng lưới thần kinh toàn thân được kết nối tinh vi ra sao, và hệ thống truyền tín hiệu ‘Internet sinh học’ được sắp xếp như thế nào.”

Nhấn để mở rộng...

Ông cho biết, công nghệ đột phá này có triển vọng giải quyết nhiều câu hỏi căn bản còn bỏ ngỏ trong các lĩnh vực như sinh học thần kinh, sinh học phát triển, giải phẫu học và y sinh học, đồng thời có thể áp dụng vào nghiên cứu bệnh lý và phát triển phương pháp điều trị thần kinh chính xác trong tương lai.

Ví dụ, nhờ vào việc định vị đầy đủ và chính xác các biến dị cấu trúc sớm trong bệnh thoái hóa thần kinh (như bệnh Alzheimer), người ta có thể xác định rõ ràng cơ chế gây bệnh. Ngoài ra, có thể dùng phương pháp trực quan để đánh giá hiệu quả của thuốc (bao gồm cả liệu pháp chỉnh sửa gen) đối với các cơ quan và mô trong toàn thân, từ đó đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu và phát triển thuốc mới.

Được biết, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục công bố bộ dữ liệu hình ảnh nghiên cứu để chia sẻ với toàn thế giới, thúc đẩy hợp tác liên ngành trong lĩnh vực y sinh học.