A compreensão de sistemas biológicos e biomédicos complexos é muito auxiliada por imagens 3D, que fornecem informações muito mais detalhadas do que os métodos bidimensionais tradicionais. No entanto, a imagem de células vivas e tecidos continua desafiadora devido a fatores como velocidade limitada de imagem e dispersão significativa em ambientes turvos.



Neste contexto, as técnicas de microscopia multimodal são notáveis. Especificamente, técnicas não lineares como CRS (espalhamento Raman coerente) usam espectroscopia vibracional óptica, fornecendo imagens químicas precisas em tecidos e células de maneira livre de rótulos.

Além disso, a microscopia de espalhamento Raman estimulado (SRS), um método CRS, pode capturar com precisão imagens de biomoléculas devido à relação linear entre a intensidade Raman estimulada e a concentração de moléculas alvo. Isso é feito com alta sensibilidade e sem interferência de fundos não ressonantes indesejados.

Em um estudo recente publicado na Advanced Photonics , Professor Zhiwei Huang, Diretor do Laboratório de Bioimagem Óptica do Departamento de Engenharia Biomédica da Faculdade de Design e Engenharia da Universidade Nacional de Cingapura, trabalhou com sua equipe para desenvolver uma nova técnica chamada tomografia de espalhamento Raman estimulada modulada em fase (PM- SRST) para imagens químicas 3D sem rótulo de células e tecidos.

De acordo com Huang, "Este método desenvolvido por nós permite a aquisição direta de informações de amostras 3D no domínio espacial, sem a necessidade de procedimentos de pós-processamento. Também demonstramos a utilidade da técnica PM-SRST para melhorar a resolução lateral e a imagem profundidade da imagem SRS 3D de biotecidos."

Nesta abordagem, o feixe regular de "bomba" no método SRS é substituído por um feixe especializado conhecido como feixe de Bessel. A posição de outro feixe, o feixe de Stokes focado, é controlado usando um dispositivo chamado modulador de luz espacial ao longo do feixe da bomba de Bessel na amostra para corte z mecânico sem varredura.

Além disso, ao combinar o feixe da bomba Bessel com um feixe Stokes de comprimento de onda mais longo, a capacidade do PM-SRST de lidar com a dispersão é melhorada, permitindo a captura de imagens rápidas e detalhadas em áreas de tecido mais profundas.

A eficácia do método foi comprovada por meio de experimentos que mostram imagens químicas volumétricas rápidas e sem rótulos em diversas amostras. Estes incluíram monitoramento em tempo real do movimento browniano 3D de esferas de polímero na água, observando os processos de difusão e absorção de óxido de deutério (D₂ O) nas raízes das plantas e estudando a resposta bioquímica das células do câncer de mama ao ácido acético.

Além disso, a profundidade de penetração da luz do PM-SRST foi comparada com a da imagem SRS convencional. No PM-SRST, o sinal de áreas de tecido mais profundas é notavelmente mais forte do que no C-SRS, levando a uma melhoria de aproximadamente duas vezes na profundidade da imagem.

Huang observa:"A propriedade de seccionamento óptico livre de varredura z no PM-SRST é universal, que pode ser facilmente estendida a outras modalidades de imagem. Por exemplo, o sistema atual pode ser prontamente adaptado para espalhamento anti-Stokes Raman coerente (CARS) tomografia computadorizada e utilizando apenas a bomba ou o feixe de Stokes, a técnica PM-SRST pode ser simplificada para facilitar a tomografia de geração de segundo ou terceiro harmônico, tomografia multifotônica ou tomografia de fluorescência."

Capaz de gerar imagens químicas 3D rápidas e sem rótulos, a técnica PM-SRST pode ser usada para estudar atividades metabólicas e processos dinâmicos funcionais relacionados à administração de medicamentos e terapêutica em células e tecidos vivos.

Mais informações: Weiqi Wang et al, Tomografia de espalhamento Raman estimulada para imagens químicas tridimensionais rápidas de células e tecidos, Fotônica Avançada (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.2.026001
Fornecido por SPIE