El nuevo método de microscopía ofrece un vistazo al futuro de la biología celular

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¿Qué pasaría si un microscopio nos permitiera explorar instantáneamente el microcosmos 3D de vasos sanguíneos, nervios y células cancerosas en la realidad virtual? ¿Qué pasaría si pudiera proporcionar vistas desde múltiples direcciones en tiempo real sin mover físicamente la muestra y funcionara hasta 100 veces más rápido que la tecnología actual?

Los científicos de UT Southwestern colaboraron con colegas en Inglaterra y Australia para construir y probar un nuevo dispositivo óptico que convierte microscopios de uso común en sistemas de proyección de imágenes de múltiples ángulos. La invención, descrita en un artículo de hoy. Métodos de la naturaleza, podría abrir nuevas vías en microscopía avanzada, dicen los investigadores.

«Es una tecnología completamente nueva, aunque los fundamentos teóricos se pueden encontrar en la antigua literatura informática», dice el autor correspondiente Reto Fiolka, Ph.D. Tanto él como el coautor Kevin Dean, Ph.D., son profesores asistentes. Biología Celular y en el Departamento de Bioinformática de Lyda Hill en UT Southwestern.

«Es como sostener la muestra biológica con la mano, rotarla e inspeccionarla, que es una forma increíblemente intuitiva de interactuar con una muestra. Al obtener imágenes rápidamente de la muestra desde dos perspectivas diferentes, podemos ver la muestra de forma interactiva. Realidad virtual en el fly ”, dice Dean, director del Laboratorio de Innovación de Microscopía de UTSW, que trabaja con investigadores de todo el campus para desarrollar herramientas personalizadas que aprovechen los avances en microscopía óptica.

Actualmente, adquirir información de imágenes en 3D de un microscopio requiere un proceso intensivo en datos, en el que cientos de imágenes de muestra en 2D se ensamblan en una llamada pila de imágenes. Para visualizar los datos, la pila de imágenes se carga en un programa de software de gráficos que realiza cálculos para formar proyecciones bidimensionales desde diferentes perspectivas de visualización en una pantalla de computadora, explican los investigadores.

«Estos dos pasos requieren mucho tiempo y puede ser necesaria una computadora muy potente y costosa para interactuar con los datos», dice Fiolka.

El equipo se dio cuenta de que podía formar proyecciones desde múltiples ángulos por medios ópticos, evitando la necesidad de adquirir pilas de imágenes y renderizarlas con una computadora. Esto se logra mediante una unidad simple y económica que consta de dos espejos giratorios que se insertan frente a la cámara del sistema de microscopio.

«Como resultado, podemos hacer todo esto en tiempo real, sin ningún retraso notable. Sorprendentemente, podemos mirar nuestras muestras ‘en vivo’ desde diferentes ángulos sin rotar las muestras o el microscopio», dice Fiolka. «Creemos que esta invención podría representar un nuevo paradigma para adquirir información 3D utilizando un microscopio de fluorescencia».

También promete imágenes increíblemente rápidas. Si bien una pila completa de imágenes 3D puede requerir cientos de fotogramas de cámara, el nuevo método solo requiere una exposición de cámara.

Inicialmente, los investigadores desarrollaron el sistema con dos microscopios de hoja de luz comunes que requieren un procesamiento posterior para dar sentido a los datos. Este paso se denomina enderezamiento y esencialmente significa reorganizar imágenes individuales para eliminar alguna distorsión de la pila de imágenes en 3D. Inicialmente, los científicos intentaron hacer esta corrección de forma óptica.

Mientras experimentaban con el método de alineación óptica, se dieron cuenta de que cuando usaban la cantidad incorrecta de «desalineación», la imagen proyectada parecía girar.

«¡Este era el momento! ¡Ajá! Nos dimos cuenta de que esto podría ser más grande que un simple método de enderezamiento óptico; que el sistema también podría funcionar para otros tipos de microscopios», dijo Fiolka.

«Este estudio confirma que el concepto es más general», dice Dean. «Ahora lo hemos aplicado a varios microscopios, incluida la microscopía de lámina de luz confocal y de disco giratorio».

Usando el nuevo método bajo el microscopio, obtuvieron imágenes de iones de calcio que transportan señales entre las células nerviosas en un plato de cultivo y observaron la vascularización de un embrión de pez cebra. También capturaron rápidamente las células cancerosas en movimiento y el corazón palpitante de un pez cebra.

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