麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的科学家们使用一种创新的显微镜方法观察了新生神经元如何在雷特综合征的高级人脑组织模型中难以到达其适当位置，从而对患者大脑中观察到的发育缺陷产生了新的见解可能会出现毁灭性的紊乱。
Rett综合征的特征是严重的智力残疾和社会行为受损，是由基因MECP2的突变引起的。为了深入了解突变如何影响人类大脑发育的早期阶段，麻省理工学院脑与认知科学系牛顿神经科学教授Mrriganka Sur实验室的研究人员培养了称为大脑类器官或小脑的 3D 细胞培养物，使用来自具有 MECP2 突变的人的细胞，并将它们与没有突变的其他相同培养物进行比较。然后，由博士后 Murat Yildirim 领导的团队使用称为三次谐波产生 (THG) 三光子显微镜的先进成像技术检查了每种类型的小脑的发展。
THG 是 Yildirim 在 Sur 实验室与麻省理工学院机械工程教授 Peter So 合作的先驱，它可以在无需添加任何化学物质来标记细胞的情况下，对活的完整组织进行非常高分辨率的成像。Yildirim 说，发表在eLife上的这项新研究是第一个使用 THG 对类器官进行成像的研究，使它们几乎不受干扰。以前的类器官成像研究需要使用无法在整个 3D 组织中成像的技术，或者需要杀死培养物的方法：要么将它们切成薄片，要么对它们进行化学清除和标记。
三光子显微镜使用激光，但 Yildirim 和 So 定制设计了实验室的显微镜，使其对组织施加的功率不超过猫玩具激光指示器(小于 5 毫瓦)。
“你应该确保你没有以任何不利的方式改变或影响神经元生理，”Yildirim 说。“你真的应该保持一切完好无损，并确保你没有带来可能有害的外部东西。这就是我们对电源(和化学标签)如此谨慎的原因。”
即使在低功率下，它们也能获得足够的信号，以实现固定和活类器官的无标记、完整成像。为了验证他们将他们的 THG 图像与通过更传统的化学标记方法制作的图像进行了比较。
THG 系统使他们能够跟踪新生神经元的迁移，因为它们从小脑(称为脑室)的开放空间周围的边缘移动到与大脑皮层直接相似的外边缘。他们发现，与没有 MECP2 突变的微型大脑中相同细胞类型表现出的直线运动更快相比，模拟 Rett 综合征的微型大脑中的新生神经元移动缓慢且蜿蜒曲折。苏尔说，这种迁移缺陷的后果与包括他的实验室在内的科学家们所假设的雷特综合征胎儿的情况一致。
“我们从死后大脑和大脑成像方法中了解到，在 Rett 综合征的大脑发育过程中出现了问题，但要弄清楚是什么以及为什么会出现问题非常困难，”麻省理工学院西蒙斯社会大脑中心主任苏尔说。“这种方法使我们能够直接可视化关键贡献者。” Yildirim 说，THG 对没有标签的组织进行成像，因为它对材料的折射率变化非常敏感。因此，它解决了生物结构之间的界限，例如血管、细胞膜和细胞外空间。由于神经形状在发育过程中会发生变化，因此该团队还能够清楚地看到脑室区(新生神经元出现的脑室周围区域)和皮质板(成熟神经元进入的区域)之间的界限。