Desarrollan un microscopio de superresolución 4D, que ve en espacio y tiempo
1/03/2018 -
MADRID (EP). Una nueva plataforma de microscopios biológicos puede obtener imágenes espaciales y temporales de súperresolución, capturando vistas sin precedentes dentro de las células vivas.
La microscopía de súperresolución es una técnica que puede "ver" más allá de la difracción de la luz, proporcionando vistas sin precedentes de las células y sus estructuras interiores y orgánulos. La técnica ganó interés creciente desde que sus desarrolladores ganaron el Premio Nobel de Química en 2014.
Pero la microscopía de súper-resolución viene con una gran limitación: solo ofrece resolución espacial. Eso podría ser suficiente para muestras estáticas, como materiales sólidos o células fijas, pero cuando se trata de biología, las cosas se vuelven más complicadas.
Las células vivas son altamente dinámicas y dependen de un conjunto complejo de procesos biológicos que ocurren a través de escalas de tiempo inferiores al segundo, en constante cambio. Entonces, si vamos a visualizar y entender cómo funcionan las células vivas en la salud y la enfermedad, también necesitamos una resolución de tiempo alto (o "temporal").
Un equipo dirigido por el profesor Theo Lasser, el jefe del Laboratorio de Óptica Biomédica (LOB) de EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana), ahora ha avanzado en abordar el problema mediante el desarrollo de una técnica que puede realizar tanto microscopía de superresolución 3D como imágenes de fase 3D rápidas en un único instrumento. La imagen de fase es una técnica que traduce los cambios en la fase de la luz causada por las células y sus orgánulos en los mapas de índice de refracción de las propias células. El resultado se publica en 'Nature Photonics'.
Esta plataforma única, que se conoce como "microscopio 4D", combina la sensibilidad y la alta resolución temporal de la imagen de fase con la especificidad y la alta resolución espacial de la microscopía de fluorescencia. Los investigadores desarrollaron un nuevo algoritmo que puede recuperar la información de fase de una pila de imágenes de campo brillante tomadas por un microscopio clásico.
"Con este algoritmo, presentamos una nueva forma de lograr microscopía de fase cuantitativa en 3D utilizando un microscopio convencional de campo claro", dice Adrien Descloux, uno de los principales autores del artículo. "Esto permite la visualización directa y el análisis de estructuras subcelulares en células vivas sin etiquetado".
Para lograr imágenes 3D rápidas, los científicos diseñaron a medida un prisma de división de imágenes, que permite la grabación simultánea de una pila de ocho imágenes desplazadas. Esto significa que el microscopio puede realizar imágenes de fase tridimensional a alta velocidad en un volumen de 2,5 x 50 x 50 metros.
La velocidad del microscopio está básicamente limitada por la velocidad de su cámara; para esta demostración, el equipo pudo obtener imágenes de la dinámica intracelular a hasta 200 Hz. "Con el prisma como complemento, se puede convertir un microscopio clásico en una cámara 3D ultrarrápida", dice Kristin Grussmayer, otro de los autores principales del artículo.
El prisma también es adecuado para la obtención de imágenes de fluorescencia 3D, que los científicos probaron utilizando imágenes de fluctuación óptica de superresolución (SOFI). Este método explota el parpadeo de los tintes fluorescentes para mejorar la resolución 3D a través del análisis de correlación de la señal.
Utilizando esto, los investigadores realizaron imágenes en 3D de superresolución de estructuras teñidas en las células, y las combinaron con imágenes de fase 3D sin etiquetas. Las dos técnicas se complementaban entre sí muy bien, revelando fascinantes imágenes de la arquitectura interna, el citoesqueleto y los orgánulos también en las células vivas a lo largo de diferentes puntos de tiempo, informa la EPFL en un comunicado.
Noticias relacionadas