Promotie: Observing earthworm neuronal activity using phase sensitive SD-Oct microscopy

In dit proefschrift streven we ernaar een optische methode te ontwikkelen voor het detecteren van kleine veranderingen in biologische en niet-biologische weefsels. Een voorbeeld van dergelijke veranderingen vindt plaats in het zenuwstelsel wanneer het signalen doorgeeft. Het zenuwstelsel bestaat uit neuronen, die bestaan uit een cellichaam en een axon: een staartachtig deel dat signalen naar de volgende cel doorstuurt. Dit signaal, bekend als een actiepotentiaal, veroorzaakt een kleine verandering in de diameter van het axon. De diameter van het axon is ongeveer 1 μm - wat 1000 keer kleiner is dan 1 mm - en de verwachte diameterverandering is minder dan 0,5 nm. Deze verandering is niet alleen minuscuul - ongeveer 2000 keer kleiner dan het axon zelf - maar vindt ook zeer snel plaats, binnen slechts 1 ms. Om deze vervorming te detecteren, hebben we gebruik gemaakt van Spectral-Domain Optical Coherence Tomography (SD-OCT), een techniek gebaseerd op interferometrie die vergelijkbaar is met LIGO, dat zwaartekrachtsgolven detecteert door kleine vervormingen in afstand te meten.

In onze experimenten gebruikten we axonen van regenwormen, omdat deze relatief eenvoudig te extraheren zijn en gedurende langere tijd functioneel blijven. Met behulp van SD-OCT hebben we met succes een vervorming van 0,5 nm waargenomen in het axon van de regenworm, wat aantoont dat deze methode, met verdere ontwikkeling, breder kan worden toegepast om vergelijkbare veranderingen in andere exemplaren te detecteren. Het detecteren van deze kleine vervorming kan neurowetenschappers mogelijk helpen bij het beter begrijpen van aandoeningen van het zenuwstelsel, aangezien structurele veranderingen verband houden met de mechanische eigenschappen van neuronen.