La obtención de imágenes de materiales muy pequeños requiere no solo una gran habilidad por parte del microscopista, sino también excelentes instrumentos y técnicas. Para una mirada microscópica refinada a los materiales biológicos, los desafíos incluyen obtener una imagen que esté libre de "ruido", la interferenciaesto puede ser causado por una serie de elementos, incluido el área que rodea a un elemento. Las etiquetas, los tintes o las manchas que se agregan para ver el elemento con mayor claridad también pueden presentar problemas, ya que pueden afectar el elemento que se va a escanear enformas inesperadas: dañar o incluso matar materiales biológicos.
Observar los microtúbulos es un caso interesante en este punto. La estructura tubular hueca sirve como columna vertebral de las células y ayuda a transportar materiales en la célula. Los microtúbulos que funcionan mal se han asociado con varias enfermedades, incluyendo el cáncer y la enfermedad de Alzheimer.
Comprender cómo funcionan los microtúbulos podría ser un paso importante para comprender la progresión de la enfermedad. Sin embargo, estudiar un solo microtúbulo dinámico, que mide 24 nanómetros de diámetro y hasta 10 micras de longitud, no es una tarea fácil.
Investigadores del Laboratorio de imágenes cuantitativas de luz del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Illinois han podido utilizar microscopía de interferencia de luz espacial sin etiquetas SLIM y procesamiento informático para obtener imágenes de los microtúbulos en un ensayoEl estudio, "Imágenes sin etiquetas de la dinámica de microtúbulos individuales utilizando microscopía de interferencia de luz espacial", se publicó recientemente en ACS Nano .
Poder ver los microtúbulos sin el uso de tintes o manchas es una contribución importante.
"El aspecto sin etiquetas es el principal avance en mi opinión", dijo Gabriel Popescu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, y miembro del Grupo de Ciencia y Tecnología de Bioimagen de Beckman. Popescu es el autor principal del estudio.
"Se han realizado otros esfuerzos para que esto no tenga etiquetas, es una clase muy importante de desafíos. Las técnicas actuales producen campos de visión más pequeños y el contraste de la imagen no es tan bueno".
Al medir la cantidad de luz que se retrasa a través de la muestra en todos los puntos del campo de visión, los investigadores pueden encontrar el mapa de longitud del camino óptico para la muestra. Esta longitud del camino óptico - o información de fase - se relaciona con uníndice de refracción y grosor de la muestra, lo que permite estudios detallados sobre la estructura y dinámica celular.
"El instrumento proporciona un desenfoque de la imagen que es mucho más grande que el tamaño del microtúbulo", explica Popescu. "Entonces, es como si estuviera borrando los valores de ese retraso de fase. Pero dado que nuestro sistema es muy bueno, nosotros 'poder realizar una copia de seguridad y obtener un valor de índice efectivo para el microtúbulo, que es correcto "
El procesamiento numérico utilizado proporciona la sensibilidad no solo para ver los túbulos, sino que también se utiliza para medir la dispersión de la luz.
"Un punto físico clave es que una vez que conoce la intensidad y la fase de la luz, puede procesar numéricamente esa información y propagar virtualmente la luz en cualquier lugar del espacio, incluso en un plano alejado del microtúbulo, paraestudiar la luz dispersa ", dijo Popescu.
Esfuerzos previos para obtener imágenes de las estructuras minúsculas han utilizado inmunofluorescencia, inyectando anticuerpos en tintes fluorescentes para ver claramente la célula como funciona. Sin embargo, la fluorescencia puede afectar la función celular y el período de tiempo en que la célula puede tomar imágenes.
"Los fotografiamos por un período de tiempo muy largo, no dos o tres minutos, sino más como ocho horas", dijo Mikhail Kandel, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática y autor principal del estudio. "La gente está interesadaen las tasas metabólicas de las proteínas que caminan sobre los microtúbulos y mostramos cómo se puede observar la desaceleración de estas proteínas, lo que equivale a controlar el consumo de su fuente de combustible ".
"Podría descubrir el consumo de ATP y las características de motilidad de las proteínas, que son muy interesantes"
Los investigadores de Beckman trabajaron con Paul Selvin, profesor de física.
"Esto acaba de salir de una discusión con el grupo de Paul Selvin, que ha estado estudiando microtúbulos durante mucho tiempo utilizando métodos tradicionales de fluorescencia", dijo Popescu. "Mikhail se puso en contacto con sus estudiantes y dijeron: vamos a darle unintente. Verlos con otros tipos de fluorescencia es una mejora importante porque básicamente puede imaginarlos para siempre ".
"Mi grupo está interesado en ver cómo las proteínas se mueven sobre y alrededor de los microtúbulos", dijo Selvin, uno de los autores del estudio. "Esta nueva técnica no solo nos permite tener una idea de cómo funcionarán las células con el tiempo, sino tambiénaumenta la posibilidad de imágenes in vivo de células "
SLIM es un producto fabricado comercialmente que puede adaptarse a cualquier microscopio, dicen los investigadores. Esto permite a los biólogos usar otras técnicas de microscopía, incluida la fluorescencia, además de SLIM. El producto SLIM está disponible a través de Phi Optics, una compañíaque fundó Popescu.
"Uno de los mayores desafíos en interferometría es la sensibilidad, que se ve afectada drásticamente por el ruido ambiental, por ejemplo, vibraciones o fluctuaciones de aire. Pero con la geometría estable particular utilizada en SLIM, podemos lograr una sensibilidad increíble en fracciones de nanómetros,"dijo Popescu.
Los investigadores planean empujar los límites en las células de imágenes, con la esperanza de obtener imágenes de los microtúbulos en las células vivas.
"Si logramos impulsar esto en una célula viva, eso sería un gran avance", dijo Popescu. "Anticipamos grandes desafíos debido a los antecedentes que existen en las células. Alentados por estos resultados, estamos pensando que unodía podríamos ser tan sensibles para ver cambios de fase de moléculas individuales.
"Todavía no estamos allí, pero uno puede soñar"
El trabajo es apoyado por la National Science Foundation y los National Institutes of Health.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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