Fra 500 kilo til 4 gram: Teknologisk kvantesprang i hjerneforskning belønnes med NTVAs Ærespris

Hvordan studerer man best hjernen i et dyr som løper, klatrer og jakter – helt fritt? Svaret er nå Mini2P, et mikroskop på bare 4 gram som gir helt utrolig detaljerte bilder av tusenvis av celler i aktivitet i hjernen – med en kvalitet som tidligere krevde et 500 kilos benkemonster av et mikroskop. I morgen mottar Dr. Weijian Zong NTVAs Ærespris for banebrytende teknologi for utviklingen av Mini2P – en revolusjon innen nevrovitenskapelig forskning.

Vindu inn i hjernen
Mini2P er verdens første ultralette to-foton mikroskop som kan monteres på hodet til fritt bevegende dyr. Det gir forskere mulighet til å følge aktiviteten i tusenvis av nevroner samtidig, mens dyret utfører naturlig atferd. Dette har åpnet døren til helt nye eksperimentelle paradigmer – og innsikt i hvordan hjernen faktisk fungerer i virkeligheten.

«Hjernen har alltid vært et mysterium. Med Mini2P har vi for første gang fått et vindu inn i den levende, handlende hjernen,» sier May-Britt Moser. «For å forstå kompleks atferd må vi studere dyr som beveger seg fritt og uttrykker sin naturlige atferd. Mini2P er så liten og lett at selv en mus kan bevege seg uhindret med den på hodet. Mikroskopet lar oss se hvordan hjernen løser oppgaver som dyret samtidig utfører i den ytre verden.»

Lagde ny referanseteknologi for hjerneforskning
Dr. Zong leder i dag sin egen forskningsgruppe ved Kavli-instituttet for systemnevrovitenskap ved NTNU – et miljø ledet av nobelprisvinnerne May-Britt Moser og Edvard Moser. Han har bakgrunn fra Peking University og tok sin doktorgrad i biofotonikk i Kina før han kom til Norge i 2018. Siden da har han utviklet en rekke mikroskopiteknologier som kombinerer optikk, nevrovitenskap og ingeniørkunst – og som nå brukes i laboratorier verden over.

«Hjernen har en enestående evne til å løse komplekse oppgaver med stor hastighet og presisjon. Alt vi tenker, føler og forstår, springer ut av samspillet mellom milliarder av nerveceller som danner grunnlaget for våre høyere mentale funksjoner. Med Mini2P kan vi nå følge dette samspillet gjennom aktiviteten i tusenvis av celler samtidig – og for første gang begynne å forstå hvordan tanker, minner og handlinger oppstår,» sier Edvard Moser.«Weijian er en ung forsker med en kreativitet og oppfinnsomhet som er sjelden. Han kom til oss som elektrooptikkingeniør med lite kunnskap om nevrovitenskap, men har nå utviklet seg til en av våre mest innovative nevroteknologer. Hans vitenskapelige geni kombineres med en ydmyk holdning og et sterkt ønske om å bruke sine teknologiske innsikter til beste for det globale nevrovitenskapelige miljøet.»

Brukte norsk selskap for å få kommersialisert oppfinnelsen
«Da Weijian Zong kontaktet oss i oktober 2018, var det med en smittende entusiasme og en tydelig visjon for sitt forskningsprosjekt», sier Øyvind Isaksen, administrerende direktør i poLight ASA. PoLight, en spinoff fra Sintef med hovedkontor i Tønsberg, utvikler små, justerbare linser basert på MEMS-teknologi, og leverer optiske løsninger til blant annet mobilkameraer, AR-briller og medisinsk utstyr. «Selv om poLight vanligvis fokuserer på applikasjoner med stort volum, så vi raskt verdien i å bidra til et initiativ som kunne få betydning langt utover det kommersielle. Vi utviklet en spesialtilpasset versjon av vår linse, som ble en nøkkelkomponent i Mini2P-mikroskopet – et banebrytende verktøy for hjerneforskning. Selv om prosjektet ikke har gitt store volumer for oss, har det blitt et utstillingsvindu for poLight-teknologi. I dag brukes vår linse i Mini2P-systemer som selges av tre kommersielle aktører til laboratorier over hele verden. Dette er et inspirerende eksempel på hva som kan skapes når forskning og industri samarbeider, sier Øyvind Isaksen, administrerende direktør i poLight ASA.

Mini2P er nå kommersialisert av selskaper som Thorlabs og Labmaker, og har blitt en referanseteknologi i nevrovitenskap.

“Thorlabs has been honored to work with Dr. Zong to commercialize his innovative technology in the Mini2P. His foundational work is transformative in the extension of imaging into freely behaving animals. This development will unlock important discoveries in Neuroscience research that could otherwise not be achieved. NTNU's vision of collaboration with commercial entities has allowed Dr. Zhong to work with outside teams to rapidly disseminate this brilliant development.” – Jeff Brooker, CTO, Life Sciences, THORLABS, Inc.

NTVAs Ærespris tildeles personer bosatt i Norge som har utviklet teknologi til beste for samfunnet og norsk næringsliv. Komiteen fremhever Zongs sterke innovasjonskraft, internasjonale samarbeid og evne til å skape teknologi som både forskere og industrien kan bygge videre på.

Prisutdelingen skjer under NTVAs festaften i Palmehaven på Britannia Hotel torsdag 30. oktober – der NTVA også markerer sitt 70-årsjubileum. Følg med på våre kanaler for bilder og stemningsrapport!

Mini2P-nettsiden på Kavli-instituttet

Faktaboks: Hva er tofotonmikroskopi?

Tofotonmikroskopi er en avansert bildebehandlingsteknikk som brukes til å studere levende vev med høy oppløsning – ofte i hjernen. I motsetning til vanlige mikroskoper, som bruker én foton for å aktivere fluorescens, bruker tofotonmikroskopi to infrarøde fotoner samtidig for å excitere fluorescerende molekyler i cellene.

Slik fungerer det:

• En laser sender infrarødt lys inn i vevet.
• Bare i det punktet der to fotoner treffer samtidig, oppstår fluorescens – altså lys som kan registreres.
• Dette gjør at mikroskopet kan ta bilder dypt inne i vevet uten å skade det, og med svært høy presisjon.
• Fordi lyset bare aktiveres i et lite volum, får man mindre bakgrunnsstøy og lavere fototoksisitet enn med én-foton mikroskopi.

Teknologien brukes blant annet til å følge nevroners aktivitet i sanntid, og gir forskere mulighet til å se hvordan hjernen fungerer mens dyret beveger seg fritt – noe som tidligere var umulig med store, stasjonære mikroskoper.

NTVAS ærespris for banebrytende teknologi er (i tillegg til æren) et spesialtrykk som viser forsker og forskning, laget av Lars Fiske.