El equipo polaco-israelí de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia y el Instituto de Ciencias Weizmann ha logrado otro logro significativo en microscopía fluorescente. En las páginas del Optica revista el equipo presentó un nuevo método de microscopía que, En teoria, no tiene límite de resolución. En la práctica, el equipo logró demostrar una mejora cuádruple sobre el límite de difracción.

El continuo desarrollo de las ciencias biológicas y la medicina requiere la capacidad de examinar objetos cada vez más pequeños. Los científicos necesitan ver la estructura de, y las relaciones mutuas entre, por ejemplo, proteínas en las células. Al mismo tiempo, las muestras que se observan no deben diferir de las estructuras que se encuentran naturalmente en los organismos biológicos, lo que descarta el uso de procedimientos y reactivos agresivos. Aunque revolucionó las ciencias naturales, el microscopio óptico clásico es claramente insuficiente en la actualidad. Debido a la naturaleza ondulatoria de la luz, un microscopio óptico no permite obtener imágenes de estructuras de menos de 250 nanómetros. Como resultado, los objetos más cercanos entre sí que la mitad de la longitud de onda de la luz (que es aproximadamente 250 nm para la luz verde) no se pueden discernir. Este fenómeno, conocido como el límite de difracción, uno de los principales obstáculos en la observación de las estructuras biológicas más diminutas, los científicos han intentado superar durante mucho tiempo. Los microscopios electrónicos brindan una mejor resolución de órdenes de magnitud, pero solo permiten el examen de objetos inanimados, que debe colocarse en el vacío y bombardearse con un haz de electrones. Por esta razón, La microscopía electrónica no se puede utilizar para estudiar organismos vivos y los procesos naturales que ocurren en ellos. Aquí es donde interviene la microscopía de fluorescencia, de ahí el rápido desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución como campo de las ciencias físicas y los dos premios Nobel ya otorgados por investigaciones relacionadas, en 2008 y 2014.

Hoy en día se encuentran disponibles varias técnicas de microscopía de fluorescencia, y algunos de ellos se han generalizado en la obtención de imágenes biológicas. Algunos métodos, como PALM, Microscopía STORM o STED, se caracterizan por una resolución ultra alta y permiten discernir objetos ubicados a solo una docena de nanómetros entre sí. Sin embargo, estas técnicas requieren largos tiempos de exposición y un complejo procedimiento de preparación de muestras biológicas. Otras técnicas, como microscopía SIM o ISM, son fáciles de usar, pero ofrecen una mejora de resolución muy limitada, permitiendo identificar estructuras sólo la mitad del tamaño del límite de difracción.

Aleksandra Sroda, Adrian Makowski y el Dr. Radek Lapkiewicz del Laboratorio de Óptica Cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en cooperación con el Dr. Ron Tenne, Uri Rossman, Gur Lubin y el profesor Dan Oron del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, han introducido una nueva técnica de microscopía de superresolución, llamado microscopía de barrido de imágenes de fluctuación óptica de superresolución (SOFISM). En SOFISMO, las fluctuaciones que ocurren naturalmente en la intensidad de emisión de los marcadores fluorescentes se utilizan para mejorar aún más la resolución espacial de un microscopio de barrido de imágenes (ISM). ISMO, un método emergente de superresolución, ya se ha implementado en productos comerciales y ha demostrado ser valioso para la comunidad de bioimágenes. En gran parte, ya que logra una modesta mejora en la resolución lateral (x2), con muy pocos cambios en la configuración óptica y sin la desventaja común de los tiempos de exposición prolongados. Por lo tanto, permite una extensión natural de las capacidades de un microscopio confocal estándar. ISM utiliza un microscopio confocal en el que se reemplaza un solo detector por una matriz de detectores. En SOFISM se calculan las correlaciones de intensidades detectadas por múltiples detectores. En principio, la medición de la correlación de n-ésimo orden puede conducir a un factor de mejora de la resolución de 2n con respecto al límite de difracción. En la práctica, la resolución alcanzable para correlaciones de orden superior está limitada por la relación señal / ruido de las mediciones.

"SOFISM es un compromiso entre la facilidad de uso y la resolución. Creemos que nuestro método llenará el nicho entre el complejo, técnicas difíciles de usar que proporcionan una resolución muy alta y métodos fáciles de usar de baja resolución. SOFISM no tiene un límite de resolución teórico, y en nuestro artículo, demostramos resultados que son cuatro veces mejores que el límite de difracción. También mostramos que el método SOFISM tiene un alto potencial en la obtención de imágenes de estructuras biológicas tridimensionales, "dijo el Dr. Radek Lapkiewicz.

Crucialmente, El SOFISMO es, en sus aspectos técnicos, altamente accesible, ya que solo requiere introducir una pequeña modificación en el microscopio confocal ampliamente utilizado:reemplazar su tubo fotomultiplicador con un detector de matriz SPAD. Además, es necesario aumentar ligeramente el tiempo de medición y cambiar el procedimiento de procesamiento de datos. "Hasta hace poco, Los detectores de matriz SPAD eran costosos y sus especificaciones no eran suficientes para la microscopía basada en correlación. Esta situación ha cambiado recientemente. Los nuevos detectores SPAD introducidos el año pasado eliminaron las barreras tanto tecnológicas como relacionadas con los precios. Esto nos hace pensar que las técnicas de microscopía de fluorescencia como SOFISM podrían, en unos cuantos años, llegar a ser ampliamente utilizado en el campo del examen microscópico, "enfatizó el Dr. Lapkiewicz.