By: ETH Zurich
Resumen: La proyección de imagen de localización óptica difusa (DOLI) es una técnica de microscopía de fluorescencia desarrollada recientemente que permite la obtención de imágenes de microcirculación de alta resolución de una manera no invasiva.
La forma en que funciona el cerebro humano sigue siendo, en gran medida, un tema de controversia. Una razón es nuestra capacidad limitada para estudiar los procesos neuronales a nivel de células individuales y capilares en todo el cerebro vivo sin emplear métodos quirúrgicos altamente invasivos. Esta limitación está ahora al borde del cambio.
Investigadores liderados por Daniel Razansky, profesor de Imagen Biomédica en ETH Zurich y la Universidad de Zurich, han desarrollado una técnica de microscopía de fluorescencia que facilita imágenes de microcirculación de alta resolución sin la necesidad de abrir el cráneo o el cuero cabelludo. La técnica ha sido denominada “imagen de localización óptica difusa”, o DOLI en forma abreviada.
Para Razansky, esto nos acerca al logro de un objetivo de larga data en neurociencia: “Visualizar los procesos biológicos en las profundidades del cerebro vivo intacto es crucial para comprender tanto sus funciones cognitivas como las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson”, dice.
Microscopía de fluorescencia mejorada
Se fija un agente de contraste fluorescente para que brille cuando se administra en el torrente sanguíneo y se irradia con luz de una longitud de onda particular. La microscopía de fluorescencia hace uso de este efecto para visualizar procesos biológicos a nivel celular y molecular.
Hasta ahora, los investigadores que utilizan este método en humanos o animales se han encontrado con el problema de que el tejido vivo se dispersa y absorbe la luz en gran medida, lo que genera imágenes borrosas y la imposibilidad de identificar la ubicación exacta del agente fluorescente dentro del cerebro.
Al introducir varias técnicas nuevas, Razansky y su equipo han logrado mejorar significativamente este método. “Optamos por utilizar una región espectral específica para la obtención de imágenes, la llamada segunda ventana del infrarrojo cercano. Esto nos permitió reducir en gran medida la dispersión de fondo, la absorción y la fluorescencia intrínseca de los tejidos vivos ”, explica el profesor.
Además, el equipo de investigación utilizó una cámara de infrarrojos altamente eficiente desarrollada recientemente y un nuevo agente de contraste de puntos cuánticos que presenta una fuerte fluorescencia dentro del rango de infrarrojos seleccionado.
Imágenes del cerebro de alta resolución
Los investigadores probaron primero la nueva técnica utilizando modelos de tejido sintético que simulan las propiedades del tejido cerebral, demostrando que es posible adquirir imágenes microscópicas a cuatro veces la profundidad de penetración de los enfoques convencionales de microscopía de fluorescencia.
Luego, Razansky y su equipo inyectaron a ratones vivos microgotas que encapsulaban puntos cuánticos fluorescentes como agente de contraste. Luego pudieron localizar estas gotitas individualmente en el cerebro vivo utilizando la nueva técnica.
“Por primera vez, pudimos visualizar claramente la microvasculatura y la circulación sanguínea en las profundidades del cerebro del ratón de forma totalmente no invasiva”, dice Razansky. Además, los investigadores de ETH Zurich y la Universidad de Zurich observaron que el tamaño de las microgotas de las imágenes depende de la profundidad a la que se encuentran en el cerebro. Esto hace que la técnica DOLI sea capaz de obtener imágenes tridimensionales.
Derecha: una imagen tomada con el nuevo método de imágenes de localización óptica difusa (DOLI).
Crédito: ETH Zurich, Universidad de Zurich / Daniel Razansky
En comparación con otras técnicas de imágenes biológicas, como las imágenes optoacústicas, también desarrolladas por Razansky, la técnica DOLI aprovecha la gran versatilidad y la naturaleza sencilla de los enfoques establecidos de imágenes de fluorescencia. “Básicamente, necesita una configuración de cámara relativamente simple y asequible sin láseres pulsados ni ópticas sofisticadas. Esto facilita la difusión en los laboratorios ”, explica Razansky.
Una base para nuevos conocimientos
Los trastornos neurológicos, que van desde la epilepsia, los accidentes cerebrovasculares hasta varios tipos de demencia, afectan hasta mil millones de personas en todo el mundo. Por lo tanto, es de suma importancia comprender mejor las causas biológicas de las enfermedades neurodegenerativas y otras enfermedades cerebrales y detectarlas en una etapa temprana.
Según Razansky, la microscopía de fluorescencia mejorada basada en el método DOLI ofrece una buena base para esto: “Suponemos que esta técnica también conducirá a nuevos conocimientos sobre la función cerebral y, a largo plazo, facilitará el desarrollo de nuevas opciones terapéuticas”. Hasta entonces, sin embargo, lo más probable es que él y su equipo tengan que vigilar los cerebros de algunos ratones más.
Imágenes de localización óptica difusa para microangiografía cerebral profunda no invasiva en la ventana NIR-II
La microscopía de fluorescencia es una poderosa herramienta habilitadora para el descubrimiento biológico, aunque su profundidad de penetración efectiva y su capacidad de resolución son limitadas debido a la intensa dispersión de luz en los tejidos vivos.
Las cámaras infrarrojas de onda corta y los agentes de contraste recientemente introducidos con emisión de fluorescencia en la segunda ventana del infrarrojo cercano (NIR-II) han ampliado la penetración alcanzable a aproximadamente 2 mm. Sin embargo, la resolución espacial efectiva se deteriora progresivamente con la profundidad debido a la difusión de fotones.
Aquí presentamos imágenes de localización óptica difusa (DOLI) para permitir microscopía de fluorescencia de tejido profundo de superresolución más allá de los límites impuestos por la difusión de luz.
El método se basa en la localización de microgotas fluidas que encapsulan puntos cuánticos basados en sulfuro de plomo (PbS) en una secuencia de imágenes de epi-fluorescencia adquiridas en la ventana espectral NIR-II. Los experimentos realizados en fantasmas que imitan tejidos indican que la detección de partículas fluorescentes de alta resolución se puede conservar en un rango de profundidad de 4 mm, mientras que la microangiografía in vivo de la vasculatura cerebral murina se puede lograr a través del cuero cabelludo y el cráneo intactos.
El método permite además recuperar información de profundidad a partir de grabaciones de imágenes de fluorescencia planas explotando el tamaño del punto localizado. DOLI opera en un régimen de resolución-profundidad previamente inaccesible con métodos ópticos, mejorando así enormemente la aplicabilidad de técnicas de imagen basadas en fluorescencia.Suscríbase a nuestro boletínAcepto que mi información personal se transfiera a AWeber for Neuroscience Newsletter ( más información )Regístrese para recibir nuestros últi
