Um mundo subcelular foi aberto para os cientistas estudarem E. coli e outros tecidos de novas maneiras, graças a um método de microscopia que fornece furtivamente tridimensional, imagens de alta qualidade da estrutura interna das células sem perturbar o espécime.

Ao combinar um novo algoritmo com uma técnica complementar recentemente desenvolvida para microscópios comerciais, pesquisadores da Universidade de Illinois criaram um jejum, método 3D não invasivo para visualização, quantificando, e estudar células sem o uso de fluorescência ou agentes de contraste.

Em um artigo publicado online hoje na revista PLoS ONE , os pesquisadores que desenvolveram a técnica relataram que foram capazes de usá-la para visualizar o E. coli bactérias com uma combinação de velocidade, escala, e resolução incomparável para um método sem etiqueta.

O método é baseado em uma técnica interferométrica de banda larga conhecida como Spatial Light Interference Microscopy (SLIM), que foi projetada pelo pesquisador do Beckman Institute, Gabriel Popescu, como um módulo adicional para um microscópio de contraste de fase comercial. SLIM é extremamente rápido e sensível em várias escalas (de 200 nm e acima), mas, como um sistema óptico linear, sua resolução é limitada pela difração.

Ao aplicar um novo algoritmo de deconvolução para recuperar informações de resolução limitada de sub-difração dos campos medidos por SLIM, Popescu e seus colegas pesquisadores foram capazes de renderizar imagens tomográficas com uma resolução além dos limites de difração do SLIM. Eles usaram o método de reconstrução esparsa para renderizar imagens reconstruídas em 3D de E. coli células, permitindo a visualização livre de rótulos dos espécimes em escalas subcelulares.

No ano passado, os pesquisadores demonstraram com sucesso uma nova técnica óptica que fornece medidas 3D de campos complexos, chamada Spatial Light Interference Tomography (SLIT), em neurônios vivos e estruturas de cristal fotônico. Neste projeto, eles desenvolveram um novo algoritmo para estender ainda mais as capacidades tridimensionais, realizando a deconvolução no campo 3D medido, com base na modelagem da imagem usando princípios de dispersão. Esta capacidade de microscopia, chamado dSLIT, foi usado para visualizar estruturas subcelulares enroladas em E. coli células.

Os pesquisadores disseram que essas estruturas só foram observadas usando cepas especializadas e plasmídeos e técnicas de fluorescência, e geralmente em células não vivas. Esses novos métodos fornecem uma maneira prática para o estudo não invasivo de tais estruturas.

Mustafa Mir é o primeiro autor do artigo e membro do Laboratório de Imagens Quantitativas de Luz da Popescu em Beckman. Mir disse que estudar e compreender a estrutura tridimensional interna das células vivas é essencial para aprofundar nossa compreensão da função biológica.

"Visualizá-los é extremamente desafiador devido ao seu tamanho pequeno e natureza transparente, "Mir disse." Este novo método, Contudo, fornece uma maneira de tirar proveito das propriedades intrínsecas desses muito pequenos, células transparentes de forma não invasiva e sem o uso de técnicas de fluorescência e agentes de contraste.

"Estudos anteriores usaram contraste extrínseco, como fluorescência e cepas especializadas em combinação com técnicas complexas de superresolução para tais estudos. Isso permitirá que os biólogos estudem estruturas subcelulares enquanto perturbam minimamente a célula de seu estado natural."

Os pesquisadores escreveram que o método aborda dois problemas principais na microscopia celular:falta de contraste, devido à natureza fina e opticamente transparente das células, e resolução limitada por difração.

"Embora várias dessas estruturas tenham sido identificadas anteriormente, pouco se sabe sobre sua função e comportamento devido às dificuldades práticas envolvidas em imaginá-los, "eles concluíram." Os resultados apresentados aqui indicam que o dSLIT pode ser usado para caracterizar e estudar essa estrutura subcelular de maneira prática e não invasiva, abrindo a porta para uma compreensão mais profunda da biologia. "