CONSEGUIR IMÁGENES 3D CADA VEZ MEJORES

Modifican la microscopía para producir imágenes más finas y más rápidamente de tejidos más profundos

Un estudio del MIT demuestra que la microscopía de dos fotones puede obtener imágenes de alta resolución de neuronas y vasos sanguíneos cerebrales

Imagen de la comparativa de la captación de tejido renal con microscopia de dos fotones convencional (izquierda) y la técnica profudna desarrollada por el estudio (derecha). (Foto. MIT)
Imagen de la comparativa de la captación de tejido renal con microscopia de dos fotones convencional (izquierda) y la técnica profudna desarrollada por el estudio (derecha). (Foto. MIT)

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18.09.2021 - 00:05

Hasta ahora, para reproducir imágenes de células y tejidos vivos de alta resolución se utilizaba una microscopía de excitación de dos fotones. Esta tecnología permite obtener la visualización 3D a través de un láser de alta intensidad que induce la excitación de flourescencia de una forma menos dañina a las muestras biológicas que otras técnicas de proyección.

Sin embargo, cuando hablamos de tejidos profundos esta microscopía no es tan eficaz, ya que la luz se dispersa y las imágenes se vuelven más borrosas. Solo se puede conseguir una imagen nítida de tejido vivo hasta una profundidad de un milímetro.

Para solucionar estas situaciones, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Harvard han desarrollado una modificación del láser de la microscopía de dos fotones que penetra en el tejido. "Al modificar el rayo láser que entra en el tejido, demostramos que podemos ir más profundo y podemos obtener imágenes más finas que las técnicas anteriores", explica Murat Yildirim, científico investigador del MIT y uno de los autores del estudio que se ha publicado en la revista 'Science Advances'.

El método es usar una forma de microscopía de campo amplio, iluminando un plano de luz sobre el tejido, pero modificando la amplitud de la luz

En concreto, según explican los investigadores, se podría obtener imágenes rápidamente y de alta resolución de vasos sanguíneos o neuronas individuales dentro del cerebro. De esta forma, se consiguen imágenes más finas, lo que permite que el sistema de dos fotones mejore con respecto a otras técnicas de proyección de imagen tridimensionales.

El objetivo del estudio era obtener un método para visualizar una muestra de tejido grande de una sola vez, sin que requiera tanto tiempo ni se pierda la resolución del escaneo. La solución fue usar una forma de microscopía de campo amplio, iluminando un plano de luz sobre el tejido, pero modificando la amplitud de la luz para que puedan encender o apagar cada píxel en diferentes momentos. Al iluminarse unos píxeles mientras otros permanecen oscuros se establece un patrón que se puede detectar en la luz dispersada por el tejido.

Imágenes con la microscopia de dos fotones modificada de la vasculatura cortical (Foto. MIT)

"Podemos activar o desactivar cada píxel mediante este tipo de modulación", dice Cheng Zheng, estudiante graduado del MIT y uno de los autores principales del artículo. "Si desactivamos algunos de los puntos, eso crea espacio alrededor de cada píxel, por lo que ahora podemos saber qué está sucediendo en cada uno de los puntos individuales". Después se procede a procesar las imágenes, reconstruyendo cada píxel utilizando el algoritmo informático creado.

“Controlamos la forma de la luz y obtenemos la respuesta del tejido. A partir de estas respuestas, intentamos resolver qué tipo de dispersión tiene el tejido. A medida que hacemos las reconstrucciones a partir de nuestras imágenes sin procesar, podemos obtener mucha información que no se puede ver en las imágenes sin procesar”,  señala Yildirim.

Visualizaciones de aproximadamente 200 micrones de profundidad en cortes de tejido muscular y renal, y aproximadamente 300 micrones en el cerebro de ratones

El resultado de la nueva técnica permitió visualizaciones de aproximadamente 200 micrones de profundidad en cortes de tejido muscular y renal, y aproximadamente 300 micrones en el cerebro de ratones. Lo que supone el doble de profundidad de las técnicas anteriores según indican los investigadores.

Además de una imagen más profunda y más nítida, esta nueva técnica permite conseguir una imagen de forma más rápida. Según señalan en la investigación, las visualizaciones se pueden conseguir entre 100 y 1.000 veces más rápido que la microscopía de excitación pro dos fotones convencional.

Estos resultados permiten estudiar la actividad de las neuronas y la estructura de los vasos sanguíneos del cerebro de forma rápida, lo que permitiría aprender más sobre cómo enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer modifican el flujo sanguíneo. También  se puede utilizar para analizar otros tipos de tejidos y determinar por ejemplo los bordes de un tumor.

“Todos los estudios de flujo sanguíneo o morfología de las estructuras de los vasos sanguíneos se basan en sistemas de escaneo puntual de dos o tres fotones, por lo que son lentos”, manifiesta Yildirim. "Al utilizar esta tecnología, realmente podemos realizar imágenes volumétricas de alta velocidad del flujo sanguíneo y la estructura de los vasos sanguíneos para comprender los cambios en el flujo sanguíneo".

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