Os pesquisadores desenvolveram um microscópio especificamente para imagens de grandes grupos de células em interação em seus ambientes naturais. O instrumento fornece aos cientistas uma nova ferramenta para imagens de neurônios em animais vivos e pode fornecer uma visão sem precedentes de como grandes redes de neurônios interagem durante vários comportamentos.
No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, pesquisadores da Boston University, Os EUA mostram que seu novo sistema de microscopia confocal "multi-z" pode gerar imagens de cérebros de camundongos vivos a uma taxa de vídeo e com um campo de visão maior que um milímetro.
A imagem de grandes grupos de células requer a captura de detalhes celulares ou subcelulares em alta velocidade em um grande volume 3-D. Isso é desafiador porque a maioria das abordagens de imagem vêm com compensações inerentes entre velocidade, campo de visão e resolução.
"Encontramos uma maneira de mesclar os recursos de imagem necessários em um sistema de microscopia fácil de construir e operar, "disse Amaury Badon, primeiro autor do artigo. "Ele também fornece resultados em tempo real, sem a necessidade de análises complicadas de dados ou processamento de imagens."
Aquisição de volumes de imagem 3D
O novo microscópio é baseado em microscopia confocal, uma técnica comumente usada para imagens de células. A microscopia confocal produz imagens com alta resolução e contraste usando um orifício físico para bloquear a luz fora de foco e permitir a passagem da luz em foco. Contudo, digitalizar uma amostra para adquirir imagens 2-D suficientes para reconstruir um volume 3-D é demorado e produz grandes quantidades de dados.
Para adquirir vários aviões simultaneamente, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de reutilizar a luz para células de imagem em um plano para também células de imagem mais profundas na amostra. Eles usaram uma abordagem chamada iluminação estendida em que a lente objetiva do microscópio é apenas parcialmente preenchida com a luz iluminante, permitindo que a luz alcance mais profundamente na amostra. A lente objetiva completa é então usada para detectar fluorescência, que fornece alta resolução. Em vez de ter um orifício de agulha, como configurações confocais tradicionais, o novo microscópio tem uma série de orifícios reflexivos em que cada um captura a luz em foco de uma profundidade diferente dentro da amostra.
"Nosso método se beneficia do contraste da microscopia confocal ao mesmo tempo em que pode se estender para imagens volumétricas sem sacrificar a velocidade, "disse Badon." Embora a iluminação estendida e orifícios reflexivos tenham sido usados antes, esta é a primeira vez que eles foram combinados em uma configuração de microscópio confocal de maneira eficiente em termos de luz. "
Os pesquisadores também adaptaram o microscópio para imagens em escala maior do que os microscópios confocais convencionais e o projetaram para obter imagens em taxas de vídeo. A aquisição rápida de imagens foi importante porque os indicadores de fluorescência que monitoram a função celular normalmente operam em escalas de tempo de algumas dezenas de milissegundos.
Atividade neural de imagem em animais vivos
Os pesquisadores demonstraram o sistema de microscopia confocal multi-z usando-o para criar imagens de vermes C. elegans inteiros, que são muito grandes (500 a 800 mícrons de comprimento) para serem facilmente reproduzidos de uma só vez com um microscópio confocal tradicional. Eles detectaram e monitoraram simultaneamente a atividade de 42 neurônios em todo o organismo, mesmo quando os vermes estavam se movendo.
Eles então usaram seu microscópio para obter imagens da região do hipocampo do cérebro de um rato em um animal acordado cuja cabeça foi mantida estacionária. Eles foram capazes de obter imagens da atividade dos neurônios em um volume medindo 1.200 x 1.200 x 100 mícrons na taxa de vídeo. Usando um algoritmo, os pesquisadores foram capazes de identificar 926 neurônios no volume de imagem.
Eles agora estão trabalhando para melhorar a velocidade e a profundidade de penetração da técnica, bem como para tornar o microscópio o mais versátil e fácil de usar possível.
