Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica que permite imagens microscópicas de fluorescência quatro vezes o limite de profundidade imposto pela difusão de luz. A microscopia de fluorescência é frequentemente usada para obter imagens de detalhes moleculares e celulares do cérebro em modelos animais de várias doenças, mas, até agora, foi limitado a pequenos volumes e procedimentos altamente invasivos devido à intensa dispersão de luz pela pele e crânio.

"Visualização da dinâmica biológica em um ambiente tranquilo, profundamente em um organismo vivo, é essencial para compreender a complexa biologia dos organismos vivos e a progressão das doenças, "disse o líder da equipe de pesquisa Daniel Razansky da Universidade de Zurique e ETH Zurique, ambos na Suíça. "Nosso estudo representa a primeira vez que a microscopia de fluorescência 3D foi realizada de forma totalmente não invasiva em resolução de nível capilar em um cérebro de camundongo adulto, cobrindo efetivamente um campo de visão de cerca de 1 centímetro. "

No Optica , os pesquisadores descrevem sua nova técnica, que é chamado de imagem de localização óptica difusa (DOLI). Ele tira proveito do que é conhecido como a segunda janela espectral do infravermelho próximo (NIR-II) de 1000 a 1700 nanômetros, que exibe menos dispersão.

"Permitir observações ópticas de alta resolução em tecidos vivos profundos representa um objetivo de longa data no campo da imagem biomédica, "disse Razansky." A excelente resolução do DOLI para observações ópticas de tecidos profundos pode fornecer insights funcionais sobre o cérebro, tornando-se uma plataforma promissora para estudar a atividade neural, microcirculação, acoplamento neurovascular e neurodegeneração. "

Alcançando maior profundidade

Para a nova técnica, os pesquisadores injetam por via intravenosa um camundongo vivo com microgotículas fluorescentes em uma concentração que cria uma distribuição esparsa na corrente sanguínea. O rastreamento desses alvos em fluxo permite a reconstrução de um mapa de alta resolução da microvasculatura cerebral profunda no cérebro do camundongo.

"O método elimina a dispersão da luz de fundo e é realizado com o couro cabeludo e o crânio intactos, "disse Razansky." Curiosamente, também observamos uma forte dependência do tamanho do ponto registrado pela câmera na profundidade da microgotícula no cérebro, que permitiu a imagem com resolução de profundidade. "

A nova abordagem se beneficia da recente introdução de câmeras infravermelhas de ondas curtas altamente eficientes baseadas em sensores InGaAs. Outro elemento fundamental foi o uso de novos agentes de contraste exibindo fortes respostas de fluorescência na janela NIR-II, tais como pontos quânticos baseados em sulfeto de chumbo (PbS).

Imagem nítida e clara

Os pesquisadores testaram pela primeira vez a nova técnica em modelos sintéticos de tecido conhecidos como fantasmas de tecido que imitam as propriedades médias do tecido cerebral, demonstrando que eles podem adquirir imagens de resolução microscópica em profundidades de até 4 milímetros em tecidos opticamente opacos. Eles então realizaram DOLI em camundongos vivos, onde a microvasculatura cerebral, bem como a velocidade e direção do fluxo sanguíneo, puderam ser visualizadas de forma totalmente não invasiva.

Os pesquisadores estão trabalhando para otimizar a precisão em todas as três dimensões para melhorar a resolução do DOLI. Eles também estão desenvolvendo agentes fluorescentes aprimorados que são menores, têm maior intensidade de fluorescência e são mais estáveis ​​in vivo. Isso aumentará significativamente o desempenho do DOLI em termos de sinal para ruído alcançável e profundidade de imagem.

"Esperamos que o DOLI surja como uma abordagem poderosa para imagens de fluorescência de organismos vivos em regimes de profundidade e resolução anteriormente inacessíveis, "disse Razansky." Isso aumentará muito a aplicabilidade in vivo das técnicas de microscopia de fluorescência e tomografia. "