Nuestra ventana al mundo celular se ha vuelto mucho más clara.
Al combinar dos tecnologías de imágenes, los científicos ahora pueden observar con un detalle tridimensional sin precedentes cómo las células cancerosas se arrastran, los circuitos del nervio espinal se conectan y las células inmunes atraviesan el oído interno de un pez cebra.
El físico Eric Betzig, líder de grupo en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, y sus colegas informan del trabajo el 19 de abril de 2018, en la revista ciencia .
Los científicos han tomado imágenes de células vivas con microscopios durante cientos de años, pero las vistas más nítidas provienen de células aisladas en portaobjetos de vidrio. Los grandes grupos de células dentro de organismos enteros se mezclan con la luz como una bolsa llena de canicas, dice Betzig. "Esto aumenta elduda persistente de que no estamos viendo células en su estado nativo, felizmente instaladas en el organismo en el que evolucionaron ".
Incluso cuando se ven las células individualmente, los microscopios más comúnmente utilizados para estudiar el funcionamiento interno celular suelen ser demasiado lentos para seguir la acción en 3-D. Estos microscopios bañan las células con una luz de miles a millones de veces más intensa que el sol del desierto, Betzigdice. "Esto también contribuye a nuestro temor de que no estemos viendo las células en su forma natural, sin estrés.
"A menudo se dice que ver para creer, pero cuando se trata de biología celular, creo que la pregunta más apropiada es: '¿Cuándo podemos creer lo que vemos?'", Agrega.
Para enfrentar estos desafíos, Betzig y su equipo combinaron dos tecnologías de microscopía que informaron por primera vez en 2014, el mismo año en que compartió el Premio Nobel de Química. Para descifrar la luz de las células enterradas dentro de los organismos, los investigadores recurrieron a la óptica adaptativa:la misma tecnología utilizada por los astrónomos para proporcionar vistas claras de objetos celestes distantes a través de la atmósfera turbulenta de la Tierra. Luego, para obtener imágenes de la coreografía interna de estas células de forma rápida pero suave en 3-D, el equipo utilizó microscopía de láminas de luz de celosía.barre una hoja ultradelgada de luz a través de la celda mientras adquiere una serie de imágenes 2-D, creando una película 3D de alta resolución de dinámica subcelular.
El nuevo microscopio consiste esencialmente en tres microscopios en uno: un sistema óptico adaptativo para mantener la iluminación fina de una hoja de luz de celosía cuando penetra dentro de un organismo, y otro sistema óptico adaptativo para crear imágenes sin distorsiones cuando se mira hacia abajo en el iluminadoplano desde arriba. Al hacer brillar un láser a través de cualquiera de las vías, los investigadores crean un punto de luz brillante dentro de la región que desean fotografiar. Las distorsiones en la imagen de esta "estrella guía" le dicen al equipo la naturaleza de las aberraciones ópticas a lo largo deLos investigadores pueden corregir estas distorsiones aplicando distorsiones iguales pero opuestas a un modulador de luz pixelado en el lado de la excitación, y un espejo deformable en la detección. En grandes volúmenes, las distorsiones cambian a medida que la luz atraviesa diferentes tejidos. En este caso, elEl equipo ensambla grandes imágenes en 3D a partir de una serie de subvolúmenes, cada uno con sus propias correcciones independientes de excitación y detección.
Los resultados ofrecen una nueva mirada electrizante a la biología y revelan una metrópolis bulliciosa en acción a nivel subcelular. En una película del microscopio, una célula inmune naranja ardiente se retuerce locamente por la oreja de un pez cebra mientras recoge partículas de azúcar azul a lo largo deDe otra manera, una célula cancerosa arrastra apéndices pegajosos mientras rueda a través de un vaso sanguíneo e intenta agarrarse a la pared del vaso.
La complejidad del entorno multicelular 3-D puede ser abrumadora, dice Betzig, pero la claridad de las imágenes de su equipo les permite "explotar" computacionalmente las células individuales en el tejido para enfocarse en la dinámica dentro de cualquiera en particular, comola remodelación de los orgánulos internos durante la división celular.
Todo este detalle es difícil de ver sin la óptica adaptativa, dice Betzig. "Es demasiado borroso". En su opinión, la óptica adaptativa es una de las áreas más importantes en la investigación de microscopía actual, y el microscopio de hoja de luz de celosía, quesobresale en imágenes en vivo 3-D, es la plataforma perfecta para mostrar su poder. La óptica adaptativa no ha despegado realmente todavía, dice, porque la tecnología ha sido complicada, costosa y, hasta ahora, no vale la pena el esfuerzo.Dentro de 10 años, predice Betzig, los biólogos de todas partes estarán a bordo.
El siguiente gran paso es hacer que la tecnología sea asequible y fácil de usar. "Las demostraciones técnicas y las publicaciones no equivalen a una montaña de frijoles. La única métrica por la que se debe juzgar un microscopio es cuántas personas lo usan yde lo que descubren con él ", dice Betzig.
El microscopio actual llena una mesa de 10 pies de largo. "Es como un monstruo de Frankenstein en este momento", dice Betzig, quien se mudará a la Universidad de California, Berkeley, en el otoño. Su equipo está trabajando en unversión de próxima generación que debería caber en un pequeño escritorio a un costo al alcance de los laboratorios individuales. El primero de estos instrumentos irá al Advanced Imaging Center de Janelia, donde científicos de todo el mundo pueden postularse para usarlo. Planes para crear su propioLas copias también estarán disponibles gratuitamente. En última instancia, Betzig espera que se comercialice la versión óptica adaptativa del microscopio de celosía, al igual que el instrumento de celosía base anterior. Eso podría llevar la óptica adaptativa a la corriente principal.
"Si realmente quieres entender la célula in vivo e imaginarla con la calidad posible in vitro, este es el precio de admisión", dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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