Los microscopios de luz más avanzados del mundo nos permiten ver moléculas individuales, proteínas, virus y otras estructuras biológicas muy pequeñas. Pero incluso los mejores microscopios tienen sus límites.
Los científicos de la Universidad del Estado de Colorado están empujando los límites de una técnica llamada microscopía de súper resolución, abriendo nuevas vías potenciales para iluminar, por ejemplo, procesos celulares individuales en tejidos vivos a resoluciones sin precedentes.
Su trabajo fue publicado esta semana en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , con autoría principal de Randy Bartels, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, quien tiene citas conjuntas en Ingeniería Biomédica y Química. El primer autor es Jeffrey Field, un científico investigador en el grupo de Bartels y director de Microscope Imaging de CSURed MIN. El MIN es una instalación básica fundamental de instrumentación a nivel universitario supervisada por la Oficina del Vicepresidente de Investigación.
El trabajo de PNAS fue un esfuerzo multidisciplinario, que incluyó la autoría del estudiante graduado Keith Wernsing y el investigador postdoctoral Scott Domingue; y la profesora asociada Jennifer DeLuca y el científico investigador Keith DeLuca en bioquímica. La colaboración fue sembrada por un proyecto Catalyst for Innovative Partnerships, respaldado porla Oficina del Vicepresidente de Investigación, dirigida a nuevas técnicas para estudiar el genoma humano.
El poder de resolución de un microscopio tradicional está limitado por la fuerza con la que se puede enfocar la luz, lo que se conoce como el límite de difracción. La microscopía de súper resolución, una técnica que obtuvo el Premio Nobel de Química 2014, supera estas limitaciones, pero enLa gran mayoría de los casos requiere un control preciso de las moléculas fluorescentes individuales para eludir el límite de difracción de la luz. La fluorescencia es muy importante para las imágenes biológicas, por ejemplo, en una técnica bien establecida de imágenes de tejido profundo llamada microscopía multifotónica. Hay otros tipos decontrastes de imagen que proporcionan información valiosa sobre un espécimen, pero no pueden usarse con métodos estándar de superresolución.
En su artículo, el equipo de CSU demostró, por primera vez, imágenes superresueltas a través de fluorescencia multiphoton y generación de segundo armónico simultáneamente. A menudo utilizado junto con fluorescencia multiphoton, la generación de segundo armónico ocurre cuando se destruyen dos fotones paraemiten un solo fotón al doble de la frecuencia. Con un microscopio personalizado, los investigadores de la CSU han demostrado la resolución de imágenes a nanoescala a través de la generación de un segundo armónico.
El instrumento CSU se basa en una técnica llamada imagen espacial modulada en frecuencia SPIFI, que se ha desarrollado en el laboratorio de Bartels durante aproximadamente cinco años. Mediante el uso de su microscopio multiphoton SPIFI MP-SPIFI para recopilar simultáneamente imágenes a través de ambosfluorescencia y generación de segundo armónico, han logrado una resolución espacial más allá de la de un microscopio multiphoton convencional.
En la microscopía multifotónica convencional, los pulsos láser extremadamente cortos se enfocan en un punto estrecho de una muestra, excitando los fluoróforos para producir una imagen. Con el microscopio MP-SPIFI de CSU, una región mucho más grande se ilumina simultáneamente con múltiples pulsos láser de femtosegundos. Eso crealo que se llama un patrón de interferencia, que permite a los investigadores construir una imagen.
Para PNAS, demostraron su microscopio en muestras biológicas comunes llamadas células HeLa, y también en células solares hechas de telururo de cadmio. Esta capacidad de superresolución con la generación de segundo armónico, así como otros mecanismos de contraste, puede proporcionar valiosoideas en diversas disciplinas, que brindan a los investigadores la capacidad de obtener imágenes de estructuras sin etiquetar con una resolución sin precedentes.
Otro beneficio significativo del microscopio MP-SPIFI es el potencial de proporcionar imágenes súper resueltas en tejidos biológicos muy dispersos. La mayoría de las técnicas de superresolución requieren la fijación de las células a los portaobjetos de vidrio y, por lo tanto, no se pueden aplicar al tejido vivo. La nueva técnica CSUBartels y Field se apresuran a señalar que si se pudiera mejorar la resolución de las imágenes recogidas de las muestras in vivo y con múltiples mecanismos de contraste simultáneamente, se podría permitir que la microscopía de súper resolución ocurra in vivo o dentro de muestras más grandes de tejidos biológicos.se puede obtener gran cantidad de información biológica.
"Si podemos hacer esto debajo de la superficie de una muestra biológica como tejido vivo, esa es la utilidad de esto", dijo Bartels. "Podemos superar el límite de difracción de un microscopio canónico de dos fotones".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Colorado . Original escrito por Anne Ju Manning. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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