Una técnica pionera desarrollada por el Grupo Prevedel en EMBL permite a los neurocientíficos observar neuronas vivas en el interior del cerebro, o cualquier otra célula oculta dentro de un tejido opaco. La técnica se basa en dos métodos de microscopía de última generación, microscopía de tres fotones y óptica adaptativa. El documento que informa sobre este avance se publicó el 30 de septiembre de 2021 en Métodos de la naturaleza .

Hasta el desarrollo de la nueva técnica, Fue un desafío para los neurocientíficos observar astrocitos que generan ondas de calcio en capas profundas de la corteza, o para visualizar cualquier otra célula neuronal en el hipocampo, una región profunda en el cerebro que es responsable de la memoria espacial y la navegación. El fenómeno ocurre regularmente en el cerebro de todos los mamíferos vivos. Al desarrollar la nueva técnica, Lina Streich del Grupo Prevedel y sus colaboradores pudieron capturar los detalles finos de estas celdas versátiles con una alta resolución sin precedentes. El equipo internacional incluyó investigadores de Alemania, Austria, Argentina Porcelana, Francia, EE.UU, India, y Jordan.

En las neurociencias, Los tejidos cerebrales se observan principalmente en pequeños organismos modelo o en muestras ex vivo que deben cortarse en rodajas para ser observadas, las cuales representan condiciones no fisiológicas. La actividad normal de las células cerebrales tiene lugar solo en animales vivos, pero el "cerebro de ratón es un tejido muy disperso, "dijo Robert Prevedel." En estos cerebros, la luz no se puede enfocar muy fácilmente, porque interactúa con los componentes celulares. Esto limita la profundidad a la que puede generar una imagen nítida, y hace que sea muy difícil concentrarse en estructuras pequeñas en el interior del cerebro con técnicas tradicionales ".

Gracias a Streich, un ex estudiante de doctorado en el laboratorio que trabajó durante más de cuatro años para superar este problema, los científicos ahora pueden mirar más a fondo los tejidos.

"Con las técnicas tradicionales de microscopía cerebral de fluorescencia, dos fotones son absorbidos por la molécula de fluorescencia cada vez, y puede asegurarse de que la excitación causada por la radiación se limite a un pequeño volumen, "explicó Prevedel, un físico de formación. "Pero cuanto más viajan los fotones, más probable es que se pierdan debido a la dispersión ". Una forma de superar esto es aumentar la longitud de onda de los fotones excitantes hacia el infrarrojo, lo que asegura suficiente energía de radiación para ser absorbida por el fluoróforo. Además, el uso de tres fotones en lugar de dos permite obtener imágenes más nítidas en las profundidades del cerebro. Pero queda otro desafío:asegurarse de que los fotones estén enfocados, para que toda la imagen no quede borrosa.

Aquí es donde la segunda técnica utilizada por Streich y su equipo es importante. La óptica adaptativa se usa con regularidad en astronomía y, de hecho, fue crucial para Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez para obtener el Premio Nobel de Física en 2020 por su descubrimiento de los agujeros negros. Los astrofísicos utilizan deformables, espejos controlados por computadora para corregir en tiempo real la distorsión en el frente de onda de luz causada por la turbulencia atmosférica. En el laboratorio de Prevedel, la distorsión es causada por la dispersión de tejido no homogéneo, pero el principio y la tecnología son muy similares. "También utilizamos un espejo deformable controlado activamente, que es capaz de optimizar los frentes de onda para permitir que la luz converja y se enfoque incluso en lo profundo del cerebro, ", explicó Prevedel." Desarrollamos un enfoque personalizado para hacerlo lo suficientemente rápido como para usarlo en células vivas del cerebro, "añadió Streich. Para reducir la invasividad de la técnica, el equipo también minimizó la cantidad de mediciones necesarias para lograr imágenes de alta calidad.

"Esta es la primera vez que se combinan estas técnicas, "dijo Streich, "y gracias a ellos, pudimos mostrar las imágenes in vivo más profundas de neuronas vivas en alta resolución ". Los científicos, que trabajó en colaboración con colegas de EMBL Roma y la Universidad de Heidelberg, incluso visualizó las dendritas y axones que conectan las neuronas en el hipocampo, dejando el cerebro completamente intacto.

"Este es un salto hacia el desarrollo de técnicas no invasivas más avanzadas para estudiar tejidos vivos, ", Dijo Streich. Aunque la técnica se desarrolló para su uso en el cerebro de un ratón, es fácilmente aplicable a cualquier tejido opaco. "Además de la ventaja obvia de poder estudiar tejidos biológicos sin la necesidad de sacrificar a los animales o eliminar el tejido superpuesto, esta nueva técnica abre el camino para estudiar un animal longitudinalmente, es decir, desde el inicio de una enfermedad hasta el final. Esto les dará a los científicos un poderoso instrumento para comprender mejor cómo se desarrollan las enfermedades en los tejidos y órganos ".