Los investigadores han desarrollado un microscopio en miniatura que está diseñado para obtener imágenes en 3D de alta resolución dentro de los cerebros de ratones vivos. Al obtener imágenes más profundas del cerebro de lo que era posible antes con microscopios de campo amplio en miniatura, el nuevo microscopio liviano podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funcionan las células cerebrales.y los circuitos operan.
"Con un mayor desarrollo, nuestro microscopio podrá obtener imágenes de la actividad neuronal a lo largo del tiempo mientras un animal se encuentra en un entorno natural o realizando diferentes tareas", dijo el autor principal Omkar Supekar de la Universidad de Colorado Boulder. "Demostramos que puedeutilizarse para estudiar células que desempeñan un papel importante en trastornos neurológicos como la esclerosis múltiple".
En la revista Optica Publishing GroupÓptica Biomédica Express, los investigadores describen su nuevo SIMscope3D, que captura imágenes de la fluorescencia emitida por el tejido o las etiquetas fluorescentes después de que la muestra se expone a ciertas longitudes de onda de luz. El nuevo dispositivo es el primer microscopio en miniatura que usa iluminación estructurada para eliminar desenfoque yluz dispersa, lo que permitió obtener imágenes de hasta 260 micrones en tejido cerebral fijo con una fuente de luz LED.
"El desarrollo de nuevos tratamientos para los trastornos neurológicos requiere comprender el cerebro a nivel celular y de circuito", dijo Emily Gibson, líder del equipo de investigación, del campus médico Anschutz de la Universidad de Colorado.en el tejido cerebral como el microscopio que desarrolló nuestro equipo, son importantes para lograr este objetivo".
Viendo más profundo
Los microscopios montados en la cabeza se utilizan para obtener imágenes del cerebro de pequeños roedores a través de ventanas transparentes implantadas en sus cráneos. Los investigadores han desarrollado previamente microscopios de fluorescencia de campo amplio montados en la cabeza, pero la luz dispersada por el tejido impide obtener imágenes en profundidad en el cerebro. Microscopios en miniatura de dos fotonespuede superar este inconveniente eliminando la luz fuera de foco en cada plano focal, un proceso conocido como seccionado óptico, pero generalmente requiere láseres pulsados costosos y componentes mecánicos de escaneo complejos.
Para diseñar el nuevo microscopio, Andrew Sias, Sean Hansen, Gabriel Martinez y Emily Gibson del Departamento de Bioingeniería del Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado; Douglas Shepherd del Departamento de Física de la Universidad Estatal de Arizona; Omkar Supekar y Juliet Gopinathdel Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética, y Victor Bright del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Colorado Boulder colaboraron estrechamente con los neurocientíficos Graham Peet, Diego Restrepo y Ethan Hughes del Departamento de Biología Celular y del Desarrollo y Xiaoyu Peng yCristin Welle del Departamento de Fisiología y Biofísica del Campus Médico Anschutz de la Universidad de Colorado para optimizarlo para estudiar el cerebro.
Las imágenes volumétricas se logran mediante el uso de una fibra de imágenes para entregar luz con patrones espaciales al objetivo del microscopio en miniatura. Este proceso también elimina la luz desenfocada, lo que permite una sección óptica similar a la que se logra con enfoques de dos fotones pero sin los componentes complejoso láser caro.
El microscopio incluye una lente electrohumectante sintonizable compacta que permite la visualización en 3D de las estructuras cerebrales cambiando la profundidad focal del microscopio sin necesidad de piezas móviles. Los investigadores también integraron una cámara CMOS directamente en el microscopio. Esto permite obtener imágenes con alta resolución lateral y evitarartefactos que podrían ser inducidos si las imágenes viajaran a través del haz de fibras. Usando una fuente de luz LED, el nuevo microscopio puede producir un contraste nítido incluso cuando se toman imágenes profundamente en tejido altamente disperso.
Captura de células gliales
Los investigadores demostraron su nuevo sistema tomando imágenes de oligodendrocitos y microglía marcados con una proteína fluorescente en ratones que estaban despiertos pero colocados en un dispositivo que mantenía la cabeza estacionaria. En personas con esclerosis múltiple, los oligodendrocitos, que forman una capa aislante alrededor de los axones-- se destruyen. Esto hace que las conexiones en el cerebro se vuelvan más lentas, lo que lleva al deterioro de la visión, las habilidades motoras y otros problemas.
"Usamos nuestro microscopio en miniatura para registrar una serie de tiempo de la dinámica de las células gliales en ratones despiertos a profundidades de hasta 120 micrones en el cerebro", dijo Supekar. "Los científicos no entienden exactamente cómo funcionan estas células o sus procesos de reparaciónNuestro microscopio abre la posibilidad de estudios a largo plazo que examinen cómo migran y se reparan estas células".
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la velocidad de adquisición y el peso del microscopio. Con mejoras menores, el microscopio podrá obtener imágenes de dinámicas más rápidas, como la actividad eléctrica neuronal, mientras el ratón realiza diferentes tareas. Los investigadores dicen que debido a que el microscopiono requiere componentes costosos, podría convertirse fácilmente en un sistema comercial para su uso en laboratorios de neurociencia.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Óptica. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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