Nuestra ventana al mundo celular se ha vuelto mucho más clara.

Combinando dos tecnologías de imagen, Los científicos ahora pueden observar con un detalle tridimensional sin precedentes mientras las células cancerosas se arrastran, los circuitos del nervio espinal se conectan, y las células inmunes atraviesan el oído interno de un pez cebra.

El físico Eric Betzig, un líder de grupo en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, y colegas informan el trabajo el 19 de abril, 2018, en el diario Ciencias .

Los científicos han obtenido imágenes de células vivas con microscopios durante cientos de años, pero las vistas más nítidas provienen de celdas aisladas en portaobjetos de vidrio. Los grandes grupos de células dentro de organismos enteros se mezclan con la luz como una bolsa llena de canicas, Dice Betzig. "Esto plantea la persistente duda de que no estamos viendo células en su estado original, felizmente instalados en el organismo en el que evolucionaron ".

Incluso al ver las celdas de forma individual, Los microscopios más comúnmente utilizados para estudiar el funcionamiento interno de las células suelen ser demasiado lentos para seguir la acción en 3-D. Estos microscopios bañan las células con una luz de miles a millones de veces más intensa que el sol del desierto, Dice Betzig. "Esto también contribuye a nuestro temor de que no estemos viendo células en su forma natural, forma sin estrés.

"A menudo se dice que ver para creer pero cuando se trata de biología celular, Creo que la pregunta más apropiada es:'¿Cuándo podemos creer lo que vemos?' ", Añade.

Para hacer frente a estos desafíos, Betzig y su equipo combinaron dos tecnologías de microscopía que informaron por primera vez en 2014, el mismo año compartió el Premio Nobel de Química. Para descifrar la luz de las células enterradas dentro de los organismos, los investigadores recurrieron a la óptica adaptativa, la misma tecnología utilizada por los astrónomos para proporcionar vistas claras de objetos celestes distantes a través de la atmósfera turbulenta de la Tierra. Luego, para visualizar la coreografía interna de estas células de forma rápida pero suave en 3-D, el equipo utilizó microscopía de láminas de luz de celosía. Esa tecnología barre rápida y repetidamente una hoja de luz ultrafina a través de la celda mientras adquiere una serie de imágenes 2-D, la construcción de una película en 3D de alta resolución de dinámica subcelular.

El nuevo microscopio consta esencialmente de tres microscopios en uno:un sistema óptico adaptativo para mantener la fina iluminación de una hoja de luz de celosía a medida que penetra dentro de un organismo, y otro sistema óptico adaptativo para crear imágenes sin distorsiones al mirar hacia abajo en el plano iluminado desde arriba. Al hacer brillar un láser a través de cualquiera de las vías, los investigadores crean un punto de luz brillante dentro de la región que desean fotografiar. Las distorsiones en la imagen de esta "estrella guía" le dicen al equipo la naturaleza de las aberraciones ópticas a lo largo de cualquiera de las vías. Los investigadores pueden corregir estas distorsiones aplicando distorsiones iguales pero opuestas a un modulador de luz pixelado en el lado de la excitación. y un espejo deformable al detectarlo. Sobre grandes volúmenes, las distorsiones cambian a medida que la luz atraviesa diferentes tejidos. En este caso, el equipo reúne grandes imágenes en 3D a partir de una serie de subvolúmenes, cada uno con sus propias correcciones independientes de excitación y detección.

Los resultados ofrecen una nueva mirada electrizante a la biología, y revelar una metrópolis bulliciosa en acción a nivel subcelular. En una película del microscopio, una célula inmune de color naranja ardiente se retuerce locamente a través de la oreja de un pez cebra mientras recoge partículas de azúcar azul en el camino. En otro, una célula cancerosa arrastra apéndices pegajosos mientras rueda a través de un vaso sanguíneo e intenta agarrarse a la pared del vaso.

La complejidad del entorno multicelular 3-D puede ser abrumadora, Betzig dice:pero la claridad de las imágenes de su equipo les permite "explotar" computacionalmente las células individuales en el tejido para enfocarse en la dinámica dentro de cualquiera en particular, como la remodelación de los orgánulos internos durante la división celular.

Todo este detalle es difícil de ver sin la óptica adaptativa, Dice Betzig. "Es demasiado confuso". En su opinión, La óptica adaptativa es una de las áreas más importantes de la investigación microscópica actual. y el microscopio de hoja de luz de celosía, que sobresale en imágenes en vivo 3-D, es la plataforma perfecta para mostrar su poder. La óptica adaptativa todavía no ha despegado, él dice, porque la tecnología ha sido complicada, costoso, y hasta ahora claramente no vale la pena el esfuerzo. Pero dentro de 10 años, Betzig predice, los biólogos de todas partes estarán a bordo.

El siguiente gran paso es hacer que esa tecnología sea asequible y fácil de usar. "Las demostraciones técnicas y las publicaciones no equivalen a una montaña de frijoles. La única métrica por la que se debe juzgar un microscopio es cuántas personas lo usan, y el significado de lo que descubren con él, "Dice Betzig.

El microscopio actual llena una mesa de 10 pies de largo. "Es un poco el monstruo de Frankenstein en este momento, "dice Betzig, que se muda a la Universidad de California, Berkeley, en el otoño. Su equipo está trabajando en una versión de próxima generación que debería caber en un escritorio pequeño a un costo al alcance de los laboratorios individuales. El primero de estos instrumentos irá al Advanced Imaging Center de Janelia, donde los científicos de todo el mundo pueden solicitar su uso. Los planes para crear sus propias copias también estarán disponibles gratuitamente. Por último, Betzig espera que se comercialice la versión óptica adaptativa del microscopio de celosía, al igual que el instrumento de celosía base anterior. Eso podría llevar la óptica adaptativa a la corriente principal.

"Si realmente quieres comprender la célula in vivo, e imaginárselo con la calidad posible in vitro, este es el precio de entrada, " él dice.