Ver qué diablos está pasando dentro de nosotros es útil para muchos aspectos de la medicina moderna. Pero cómo hacer esto sin cortar y cortar a través de barreras como la carne y los huesos para observar tejidos vivos intactos, como nuestro cerebro, es algo complicado de hacer.
Las estructuras gruesas e inconsistentes, como el hueso, dispersarán la luz de manera impredecible, lo que dificultará saber qué sucede detrás de ellas. Y cuanto más profundo desee ver, la luz más dispersa oscurece la estructura biológica fina y frágil.
Hay muchas opciones para los investigadores que desean ver cómo los tejidos vivos hacen lo suyo, utilizando truc os ópticos inteligentes
Un equipo de científicos ha encontrado una manera de crear una imagen clara a partir de la luz infrarroja dispersa emitida por un láser, incluso después de haber atravesado una gruesa capa de hueso.
“Nuestro microscopio nos permite investigar estructuras internas finas en las profundidades de los tejidos vivos que no se pueden resolver por ningún otro medio”. dijo los físicos Seokchan Yoon y Hojun Lee de la Universidad de Corea.
Si bien una técnica llamada microscopía de tres fotones ha logrado capturar imágenes de neuronas debajo del cráneo de un ratón antes, la mayoría de los intentos de obtener imágenes nítidas a partir de cabezas de animales envueltas en huesos requieren cortes en el cráneo.
La microscopía de tres fotones utiliza longitudes de onda más largas y un gel especial para ayudar a ver más allá del hueso; sin embargo, este método solo puede penetrar tan profundamente y combina frecuencias de luz de una manera que corre el riesgo de dañar las delicadas moléculas biológicas.
Combinando técnicas de imagen con el poder de la óptica adaptativa computacional previamente utilizada para Corregir la distorsión óptica en la astronomía terrestre., Yoon y sus colegas pudieron crear las primeras imágenes de alta resolución de las redes neuronales de un ratón desde detrás de su cráneo intacto.
Procesamiento de imágenes antes y después mediante algoritmo de corrección de aberraciones. (Yoon et al, Comunicaciones de la naturaleza, 2020)
Ellos llaman a su nueva tecnología de imágenes microscopía de matriz de reflexión de barrido láser (LS-RMM). Se basa en la microscopía confocal de escaneo láser convencional, excepto que detecta la dispersión de la luz no solo a la profundidad de la imagen, sino que también obtiene una respuesta completa de entrada y salida de la interacción luz-medio: su matriz de reflexión.
Cuando la luz (en este caso, de un láser) atraviesa un objeto, algunos fotones viajan directamente, mientras que otros se desvían. El hueso, con su compleja estructura interna, es particularmente bueno para dispersar la luz.
Cuanto más lejos tiene que viajar la luz, más se dispersan esos fotones balísticos fuera de la imagen. La mayoría de las técnicas de microscopía se basan en esas ondas de luz directas para crear una imagen clara y brillante. LS-RRM utiliza una matriz especial para aprovechar al máximo los rayos de luz aberrantes.
Después de grabar la matriz de reflexión, el equipo utilizó la programación de óptica adaptativa para clasificar qué partículas de luz definen y cuáles oscurecen. Junto con un modulador de luz espacial para ayudar a corregir otras aberraciones físicas que ocurren en escalas de imágenes tan pequeñas, pudieron generar una imagen de las redes neuronales del ratón a partir de los datos.
“La identificación de las aberraciones del frente de onda se basa en el contraste de reflectancia intrínseco de los objetivos”, dijo el equipo explicado en su papel. “Como tal, no requiere etiquetado fluorescente ni alta potencia de excitación”.
La visualización de estructuras biológicas en su contexto de vida natural tiene el potencial de revelar más acerca de sus roles y funciones, además de permitir una detección más fácil de problemas.
“Esto nos ayudará mucho en el diagnóstico temprano de enfermedades y acelerará la investigación en neurociencia”, dijo Yoon y Lee.
LS-RMM está limitado por la potencia informática, ya que requiere cálculos intensos y lentos para procesar aberraciones complicadas de áreas pequeñas y detalladas. Pero el equipo sugiere que su algoritmo de corrección de aberraciones también podría aplicarse a otras técnicas de imágenes para permitirles resolver imágenes más profundas también.
No podemos esperar a ver qué revelará esta nueva tecnología que se esconde en nuestro interior.
Esta investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza.
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