La nueva tecnología de microscopía permite obtener imágenes profundas del cerebro in vivo

Espejo deformable que se usa en un microscopio para enfocar la luz en el tejido vivo. Suelen distorsionar su propagación. Gracias a este espejo, puede ver imágenes claras y claras de las células nerviosas en el interior del cerebro. Créditos: Isabel Romero Calvo / EMBL

Una técnica pionera desarrollada por el Grupo Prevedel de EMBL permite a los neurocientíficos observar neuronas vivas en lo profundo del cerebro u otras células escondidas dentro del tejido opaco. Esta tecnología se basa en dos microscopías de última generación, microscopía de tres fotones y óptica adaptativa. El 30 de septiembre de 2021 se publicó un informe sobre este progreso. Métodos de la naturaleza..

Hasta que se desarrollen nuevas tecnologías, los neurocientíficos podrán observar astrocitos que generan ondas de calcio en lo profundo de la corteza y visualizar otras neuronas del hipocampo involucradas en la memoria espacial y el cerebro profundo. Fue difícil. navegación. Este fenómeno ocurre regularmente en los cerebros de todos los mamíferos vivos. Al desarrollar una nueva tecnología, Lina Streich de Prevedel Group y sus colaboradores pudieron capturar los detalles de estas celdas versátiles en una alta resolución sin precedentes. El equipo internacional incluía investigadores de Alemania, Austria, Argentina, China, Francia, Estados Unidos, India y Jordania.

En neurociencia, el tejido cerebral se observa principalmente en pequeños organismos modelo o muestras ex vivo que necesitan ser cortadas o observadas. Ambos representan condiciones no fisiológicas. La actividad normal de las células cerebrales ocurre solo en animales vivos, pero “el cerebro del ratón es un tejido muy disperso”, dijo Robert Prevedel. “En estos cerebros, la luz interactúa con los componentes celulares y no se puede enfocar fácilmente. Esto limita la profundidad a la que se pueden producir imágenes claras, y las técnicas tradicionales son pequeñas en lo profundo del cerebro. Se vuelve muy difícil concentrarse en la estructura. “”

Gracias a Streich, un exestudiante de doctorado en el laboratorio que trabajó durante más de cuatro años para superar este problema, los científicos han podido explorar más la organización.

La tecnología de microscopía cerebral fluorescente tradicional permite que dos fotones sean absorbidos por moléculas fluorescentes cada vez, lo que reduce la excitación causada por la radiación a una pequeña cantidad, explicó el físico Prevedel en un entrenamiento. Pero cuanto más lejos viaja el fotón, más probable es que se pierda por dispersión. Una forma de superar esto es alargar la longitud de onda del fotón excitado hacia el infrarrojo. Esto asegura que haya suficiente energía radiante para ser absorbida por el fluoróforo. Además, puede usar tres fotones en lugar de dos para obtener una imagen más clara y profunda en el cerebro. Sin embargo, queda otro desafío. Asegúrese de que los fotones estén enfocados para que la imagen completa no se vea borrosa.

Aquí, la segunda técnica utilizada por Strych y su equipo es importante. La óptica adaptativa se usa regularmente en astronomía. De hecho, fue importante que Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Gez ganaran el Premio Nobel de Física en 2020 por el descubrimiento de un agujero negro. Los astrofísicos utilizan espejos deformables controlados por computadora para corregir la distorsión de la superficie de la onda de luz causada por la turbulencia atmosférica en tiempo real. En el laboratorio de Prevedel, la tensión es causada por la dispersión no uniforme del tejido, pero los principios y las técnicas son muy similares. “También usamos espejos deformables controlados activamente que nos permiten optimizar el frente de onda y enfocar y enfocar la luz profundamente en el cerebro”, explica Prevedel. “Hemos desarrollado un enfoque personalizado que es lo suficientemente rápido para su uso en células vivas del cerebro”, agregó Streich. Para reducir la invasividad de la tecnología, el equipo también minimizó la cantidad de mediciones requeridas para lograr imágenes de alta calidad.

“Esta es la primera vez que combinamos estas tecnologías y nos han permitido mostrar las imágenes in vivo más profundas de neuronas vivas en alta resolución”. EMBL Roma y sus colegas de la Universidad de Heidelberg Los científicos que trabajaron con ellos incluso visualizaron las dendritas y los axones que conectan las neuronas del hipocampo, dejando el cerebro completamente intacto.

“Este es un salto hacia el desarrollo de técnicas no invasivas más avanzadas para estudiar tejidos vivos, dice Streich. Aunque esta técnica fue desarrollada para usar con cerebro de ratones, es fácil de aplicar a tejidos opacos. “Además de la ventaja obvia de poder estudiar tejido vivo sin sacrificar animales ni eliminar tejido superpuesto, esta nueva tecnología estudia a los animales verticalmente, desde el inicio hasta el final de la enfermedad. Esto allana el camino para que los científicos obtengan una forma poderosa de comprender mejor cómo se desarrollan las enfermedades en los tejidos y órganos. ”


Investigadores capturan la primera imagen 3D de súper resolución en un ratón vivo


Para más información:
Streich, L. et al. Imágenes cerebrales profundas estructurales y funcionales de alta resolución utilizando microscopía de tres fotones de óptica adaptativa. Métodos de la naturaleza (2021). doi.org/10.1038/s41592-021-01257-6

Proporcionado por
Laboratorio Europeo de Biología Molecular

Cita: La nueva tecnología de microscopía permite imágenes cerebrales profundas in vivo adquiridas el 30 de septiembre de 2021 en https://phys.org/news/2021-09-microscopy-technique-deep-vivo-brain.html (30 de septiembre de 2021).

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