Un nuevo método de imágenes puede capturar imágenes de la vasculatura profunda en el cerebro de los ratones. A la izquierda se muestra una imagen convencional de fluorescencia de campo amplio del cerebro de un ratón tomada de forma no invasiva en el espectro de luz visible. mientras que el enfoque DOLI basado en la localización no invasiva que opera en la ventana espectral NIR-II se muestra a la derecha. Crédito:Daniel Razansky, Universidad y ETH Zurich
Los investigadores han desarrollado una nueva técnica que permite obtener imágenes de fluorescencia microscópica a cuatro veces el límite de profundidad impuesto por la difusión de la luz. La microscopía de fluorescencia se usa a menudo para obtener imágenes de detalles moleculares y celulares del cerebro en modelos animales de diversas enfermedades, pero, hasta ahora, se ha limitado a pequeños volúmenes y procedimientos altamente invasivos debido a la intensa dispersión de luz por la piel y el cráneo.
"Visualización de la dinámica biológica en un entorno imperturbable, en lo profundo de un organismo vivo, es esencial para comprender la compleja biología de los organismos vivos y la progresión de las enfermedades, "dijo el líder del equipo de investigación Daniel Razansky de la Universidad de Zurich y ETH Zurich, ambos en Suiza. "Nuestro estudio representa la primera vez que la microscopía de fluorescencia 3D se ha realizado de forma totalmente no invasiva a nivel de resolución capilar en un cerebro de ratón adulto". cubriendo efectivamente un campo de visión de aproximadamente 1 centímetro ".
En Optica , los investigadores describen su nueva técnica, que se llama imagen de localización óptica difusa (DOLI). Aprovecha lo que se conoce como la segunda ventana espectral del infrarrojo cercano (NIR-II) de 1000 a 1700 nanómetros, que exhibe menos dispersión.
"Permitir observaciones ópticas de alta resolución en tejidos vivos profundos representa un objetivo de larga data en el campo de las imágenes biomédicas, ", dijo Razansky." La excelente resolución de DOLI para observaciones ópticas de tejido profundo puede proporcionar información funcional en el cerebro, lo que lo convierte en una plataforma prometedora para estudiar la actividad neuronal, microcirculación, acoplamiento neurovascular y neurodegeneración ".
La nueva técnica llamada imágenes de localización óptica difusa (DOLI) aprovecha la ventana espectral NIR-II de 1000 a 1700 nanómetros, que exhibe menos dispersión. Se muestra al primer autor Quanyu Zhou con la configuración de imágenes. Crédito:Daniel Razansky, Universidad de Zurich y ETH Zurich
Alcanzando mayor profundidad
Para la nueva técnica, los investigadores inyectan por vía intravenosa a un ratón vivo microgotas fluorescentes a una concentración que crea una distribución dispersa en el torrente sanguíneo. El seguimiento de estos objetivos que fluyen permite la reconstrucción de un mapa de alta resolución de la microvasculatura cerebral profunda en el cerebro del ratón.
"El método elimina la dispersión de la luz de fondo y se realiza con el cuero cabelludo y el cráneo intactos, ", dijo Razansky." Curiosamente, También observamos una fuerte dependencia del tamaño del punto registrado por la cámara en la profundidad de la microgotita en el cerebro. que permitió la obtención de imágenes con resolución de profundidad ".
El nuevo enfoque se beneficia de la reciente introducción de cámaras infrarrojas de onda corta altamente eficientes basadas en sensores InGaAs. Otro componente clave fue el uso de nuevos agentes de contraste que exhiben fuertes respuestas de fluorescencia en la ventana NIR-II, como los puntos cuánticos basados en sulfuro de plomo (PbS).
Los investigadores probaron la nueva técnica en fantasmas tisulares que imitan las propiedades promedio del tejido cerebral. demostrando que podían adquirir imágenes de resolución microscópica a profundidades de hasta 4 milímetros en tejidos ópticamente opacos. Crédito:Daniel Razansky, Universidad de Zurich y ETH Zurich
Imágenes nítidas y claras
Los investigadores probaron primero la nueva técnica en modelos sintéticos de tejido conocidos como fantasmas de tejido que imitan las propiedades promedio del tejido cerebral. demostrando que podían adquirir imágenes de resolución microscópica a profundidades de hasta 4 milímetros en tejidos ópticamente opacos. Luego realizaron DOLI en ratones vivos donde la microvasculatura cerebral, así como la velocidad y dirección del flujo sanguíneo, se podían visualizar de forma totalmente no invasiva.
Los investigadores están trabajando para optimizar la precisión en las tres dimensiones para mejorar la resolución de DOLI. También están desarrollando agentes fluorescentes mejorados que son más pequeños, tienen una intensidad de fluorescencia más fuerte y son más estables in vivo. Esto aumentará significativamente el rendimiento de DOLI en términos de la señal alcanzable al ruido y la profundidad de la imagen.
"Esperamos que DOLI emerja como un enfoque poderoso para la obtención de imágenes de fluorescencia de organismos vivos en regímenes de resolución y profundidad previamente inaccesibles". ", dijo Razansky." Esto mejorará en gran medida la aplicabilidad in vivo de las técnicas de microscopía de fluorescencia y tomografía ".
