Los investigadores han desarrollado un microscopio específicamente para obtener imágenes de grandes grupos de células que interactúan en sus entornos naturales. El instrumento proporciona a los científicos una nueva herramienta para obtener imágenes de neuronas en animales vivos y podría proporcionar una visión sin precedentes de cómo las grandes redes de neuronas interactúan durante varios comportamientos.
En Optica , La revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto, investigadores de la Universidad de Boston, Estados Unidos muestra que su nuevo sistema de microscopía confocal "multi-z" puede obtener imágenes del cerebro de ratones vivos a una velocidad de video y con un campo de visión de más de un milímetro.
La obtención de imágenes de grandes grupos de células requiere capturar detalles celulares o subcelulares a velocidades rápidas en un gran volumen 3-D. Esto es un desafío porque la mayoría de los enfoques de imágenes vienen con compensaciones inherentes entre velocidad, campo de visión y resolución.
"Encontramos una manera de fusionar las funciones de imagen necesarias en un sistema de microscopía que es fácil de construir y operar, "dijo Amaury Badon, primer autor del artículo. "También proporciona resultados en tiempo real sin la necesidad de un complicado análisis de datos o procesamiento de imágenes".
Adquirir volúmenes de imágenes en 3-D
El nuevo microscopio se basa en microscopía confocal, una técnica comúnmente utilizada para la obtención de imágenes celulares. La microscopía confocal produce imágenes con alta resolución y contraste mediante el uso de un orificio físico para bloquear la luz desenfocada y dejar pasar la luz enfocada. Sin embargo, escanear una muestra para adquirir suficientes imágenes 2-D para reconstruir un volumen 3-D requiere mucho tiempo y produce grandes cantidades de datos.
Para adquirir varios planos simultáneamente, Los investigadores desarrollaron una forma de reutilizar la luz para obtener imágenes de células en un plano para obtener imágenes de células más profundas en la muestra. Utilizaron un enfoque llamado iluminación extendida en el que la lente del objetivo del microscopio se llena solo parcialmente con la luz iluminadora. permitiendo que la luz penetre más profundamente en la muestra. A continuación, se utiliza la lente de objetivo completa para detectar la fluorescencia, que proporciona alta resolución. En lugar de tener un agujero de alfiler, como las configuraciones confocales tradicionales, El nuevo microscopio tiene una serie de orificios reflectantes que capturan la luz enfocada desde una profundidad diferente dentro de la muestra.
"Nuestro método se beneficia del contraste de la microscopía confocal y puede extenderse a la obtención de imágenes volumétricas sin sacrificar la velocidad, ", dijo Badon." Aunque la iluminación extendida y los orificios reflectantes se han utilizado antes, esta es la primera vez que se combinan en una configuración de microscopio confocal de una manera eficiente en cuanto a la luz ".
Los investigadores también adaptaron el microscopio para obtener imágenes a mayor escala que los microscopios confocales convencionales y lo diseñaron para obtener imágenes a una velocidad de video. La adquisición rápida de imágenes fue importante porque los indicadores de fluorescencia que monitorean la función celular generalmente operan en escalas de tiempo de unas pocas decenas de milisegundos.
Imágenes de la actividad neuronal en animales vivos
Los investigadores demostraron el sistema de microscopía confocal multi-z usándolo para obtener imágenes de gusanos C. elegans enteros, que son demasiado grandes (500 a 800 micrones de largo) para obtener imágenes fácilmente de una sola vez con un microscopio confocal tradicional. Simultáneamente detectaron y monitorearon la actividad de 42 neuronas en todo el organismo, incluso cuando los gusanos se movían.
Luego usaron su microscopio para obtener imágenes de la región hipocampal del cerebro de un ratón en un animal despierto cuya cabeza se mantuvo estacionaria. Pudieron obtener imágenes de la actividad neuronal dentro de un volumen que medía 1200 X 1200 X 100 micrones a una velocidad de video. Usando un algoritmo, los investigadores pudieron identificar 926 neuronas en el volumen de la imagen.
Ahora están trabajando para mejorar la velocidad y la profundidad de penetración de la técnica, así como para hacer que el microscopio sea lo más versátil y fácil de usar posible.
