Para crear alta resolución, Imágenes en 3D de tejidos como el cerebro, los investigadores suelen utilizar microscopía de dos fotones, que implica apuntar un láser de alta intensidad a la muestra para inducir la excitación de la fluorescencia. Sin embargo, escanear profundamente dentro del cerebro puede ser difícil porque la luz se dispersa fuera de los tejidos a medida que avanza, haciendo que las imágenes se vean borrosas.

Las imágenes de dos fotones también requieren mucho tiempo, ya que normalmente requiere escanear píxeles individuales de uno en uno. Un equipo de investigadores del MIT y de la Universidad de Harvard ha desarrollado ahora una versión modificada de imágenes de dos fotones que pueden obtener imágenes más profundas dentro del tejido y realizar las imágenes mucho más rápido de lo que era posible anteriormente.

Este tipo de imágenes podría permitir a los científicos obtener más rápidamente imágenes de alta resolución de estructuras como vasos sanguíneos y neuronas individuales dentro del cerebro. dicen los investigadores.

"Al modificar el rayo láser que entra en el tejido, Demostramos que podemos profundizar más y que podemos obtener imágenes más precisas que las técnicas anteriores, "dice Murat Yildirim, un científico investigador del MIT y uno de los autores del nuevo estudio.

El estudiante graduado del MIT, Cheng Zheng, y el ex postdoctoral Jong Kang Park son los autores principales del artículo. que aparece hoy en Avances de la ciencia . Dushan N. Wadduwage, un ex postdoctorado del MIT que ahora es John Harvard Distinguished Science Fellow en Imaging en el Center for Advanced Imaging de la Universidad de Harvard, es el autor principal del artículo. Otros autores incluyen a Josiah Boivin, un postdoctorado del MIT; Yi Xue, un ex estudiante de posgrado del MIT; Mriganka Sur, el profesor Newton de neurociencia en el MIT; y Peter So, profesor del MIT de ingeniería mecánica y de ingeniería biológica.

Imágenes profundas

La microscopía de dos fotones funciona al hacer brillar un haz intenso de luz infrarroja cercana en un solo punto dentro de una muestra, inducir la absorción simultánea de dos fotones en el punto focal, donde la intensidad es la más alta. Esta longitud de onda larga, la luz de baja energía puede penetrar más profundamente en el tejido sin dañarlo, lo que permite obtener imágenes debajo de la superficie.

Sin embargo, La excitación de dos fotones genera imágenes por fluorescencia, y la señal fluorescente está en la región espectral visible. Al obtener imágenes más profundas en muestras de tejido, la luz fluorescente se dispersa más y la imagen se vuelve borrosa. La obtención de imágenes de muchas capas de tejido también requiere mucho tiempo. Usando imágenes de campo amplio, en el que se ilumina todo un plano de tejido a la vez, puede acelerar el proceso, pero la resolución de este enfoque no es tan buena como la del escaneo punto por punto.

El equipo del MIT quería desarrollar un método que les permitiera obtener imágenes de una muestra de tejido grande de una sola vez, manteniendo la alta resolución del escaneo punto por punto. Para lograr eso, idearon una forma de manipular la luz que iluminaban la muestra. Usan una forma de microscopía de campo amplio, iluminando un plano de luz sobre el tejido, pero modifique la amplitud de la luz para que puedan encender o apagar cada píxel en diferentes momentos. Algunos píxeles se iluminan mientras que los píxeles cercanos permanecen oscuros, y este patrón prediseñado se puede detectar en la luz dispersada por el tejido.

"Podemos activar o desactivar cada píxel con este tipo de modulación, "Dice Zheng." Si desactivamos algunos de los puntos, que crea espacio alrededor de cada píxel, por lo que ahora podemos saber qué está sucediendo en cada uno de los puntos individuales ".

Una vez que los investigadores obtienen las imágenes en bruto, reconstruyen cada píxel utilizando un algoritmo informático que crearon.

"Controlamos la forma de la luz y obtenemos la respuesta del tejido. A partir de estas respuestas, intentamos resolver qué tipo de dispersión tiene el tejido. A medida que hacemos las reconstrucciones a partir de nuestras imágenes en bruto, podemos obtener mucha información que no puede ver en las imágenes sin procesar, "Dice Yildirim.

Usando esta técnica, los investigadores demostraron que podían obtener imágenes de aproximadamente 200 micrones de profundidad en cortes de tejido muscular y renal, y alrededor de 300 micrones en el cerebro de los ratones. Eso es aproximadamente el doble de profundo de lo que era posible sin esta excitación modelada y reconstrucción computacional, Dice Yildirim. La técnica también puede generar imágenes de 100 a 1, 000 veces más rápido que la microscopía de dos fotones convencional.

Estructura del cerebro

Este tipo de imágenes debería permitir a los investigadores obtener más rápidamente imágenes de alta resolución de neuronas en el cerebro, así como otras estructuras como los vasos sanguíneos. La obtención de imágenes de los vasos sanguíneos en el cerebro de los ratones podría ser particularmente útil para aprender más sobre cómo el flujo sanguíneo se ve afectado por enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, Dice Yildirim.

"Todos los estudios de flujo sanguíneo o morfología de las estructuras de los vasos sanguíneos se basan en sistemas de escaneo puntual de dos o tres fotones, entonces son lentos, ", dice." Al utilizar esta tecnología, Realmente podemos realizar imágenes volumétricas de alta velocidad del flujo sanguíneo y la estructura de los vasos sanguíneos para comprender los cambios en el flujo sanguíneo ".

La técnica también podría prestarse para medir la actividad neuronal, mediante la adición de tintes fluorescentes sensibles al voltaje o sondas de calcio fluorescentes que se iluminan cuando se excitan las neuronas. También podría ser útil para analizar otros tipos de tejidos, incluidos los tumores, donde podría usarse para ayudar a determinar los bordes de un tumor.