Gracias a la llegada de los microscopios de superresolución hace unos 30 años, los científicos pueden observar estructuras subcelulares, proteínas y tejidos vivos con una precisión sin precedentes. Estos microscopios funcionan midiendo la luz fluorescente que algunos compuestos emiten de forma natural o la luz emitida por fluoróforos artificiales. y explotando varias propiedades cuánticas del fluoróforo, puede entregar una resolución menor que la impuesta por el límite de difracción. Un problema es que la calidad de la imagen varía considerablemente con el instrumento particular que se utiliza y su configuración, como la potencia del láser y cómo se alinean los componentes individuales, así como con las propiedades de la muestra que se está estudiando.

Un equipo de científicos del Laboratorio de Biología a Nanoescala de la EPFL, dirigido por Aleksandra Radenovic en la Escuela de Ingeniería, ha desarrollado un algoritmo que puede estimar la resolución de un microscopio en solo unos segundos basándose en una sola imagen. El resultado del algoritmo indica qué tan cerca está operando un microscopio a su máximo potencial. Esto podría ser particularmente útil para los microscopios automatizados que han comenzado a aparecer en los laboratorios de investigación. Los hallazgos del equipo se acaban de publicar en Métodos de la naturaleza .

Una sola imagen

Los científicos utilizaron la transformada de Fourier como base para su algoritmo, pero lo modificaron para extraer la mayor cantidad de información posible de una sola imagen.

El algoritmo realiza el cálculo en solo unos segundos y genera un solo número. "Los investigadores pueden comparar este número con la máxima resolución posible del microscopio para ver si el instrumento puede funcionar aún mejor o modificar las condiciones experimentales y observar cómo evoluciona la resolución", dice Adrien Descloux. el autor principal del estudio.

El algoritmo se puede utilizar con cualquier tipo de modalidad de imagen, incluidos los modelos de superresolución. "Nuestra técnica es particularmente prometedora para la generación emergente de microscopios automatizados, donde una computadora ajusta todas sus configuraciones, ", dice Radenovic. El algoritmo de su laboratorio es el primero que permite a los investigadores estimar la resolución de un microscopio a partir de una sola imagen. Anteriormente se necesitaban dos imágenes, y los resultados estaban sujetos a una gran incertidumbre si las imágenes no se preprocesaban correctamente.

Para que su descubrimiento se pueda utilizar a gran escala, el algoritmo se ha puesto a disposición como un complemento de imagen de código abierto. Los investigadores pueden descargar la herramienta y obtener directamente la estimación del algoritmo, mostrándoles qué tan cerca está funcionando su microscopio a su resolución máxima. "Nuestro algoritmo es universal. Y como solo se necesita una imagen, es particularmente adecuado para la optimización rápida de las condiciones de imagen, lo cual es un desafío cuando se observan procesos dinámicos. También, el método se puede aplicar en el procesamiento de imágenes, como retroalimentación para la optimización de los algoritmos avanzados de reconstrucción de imágenes, "concluye Descloux.