Sinapsis en 3D

Científicos desarrollan nuevo método para mapear estructuras cerebrales

12.11.2019 - Alemania

Nuestro cerebro consiste en innumerables células nerviosas que transmiten señales de una célula a otra. Las conexiones entre estas células, las sinapsis, proporcionan una clave para entender cómo funciona nuestra memoria. Un equipo de investigación estadounidense en colaboración con Rainer Heintzmann del Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica (Leibniz IPHT) y la Universidad Friedrich Schiller de Jena ha logrado identificar estos puntos de conmutación en tejidos de tamaño milimétrico con un microscopio de luz sobre la base de su estructura.

Para hacer visibles las sinapsis, el equipo de investigación de la Southwestern University Texas, dirigido por Reto Fiolka y Kevin Dean, desarrolló un microscopio especial. Los científicos iluminan una muestra de tejido de aproximadamente un milímetro de tamaño desde un lado con luz enfocada en forma de cuña. Mientras el foco de esta cuña de luz se desplaza, se graban los datos de la imagen. Esto permite a los investigadores utilizar el aprendizaje automático para identificar y visualizar estructuras tisulares tridimensionales dentro de las células en alta resolución y a escala real. Dependiendo de la configuración óptica, el microscopio proporciona una resolución axial de hasta 260 nm, una mejora de tres a diez veces superior a la de los microscopios confocales y otros microscopios de hoja de luz de tejido despejado. El equipo de investigación tomó imágenes de tejidos despejados a escala milimétrica con resolución tridimensional subcelular, lo que permitió la detección automatizada de arquitecturas de tejido multicelular, células individuales, espinas sinápticas e interacciones celulares poco frecuentes.

"Este trabajo es revolucionario. El reconocimiento de sinapsis en tejidos de tamaño milimétrico utilizando el microscopio de luz sólo en base a su estructura ha sido durante mucho tiempo un sueño de los científicos", dijo Rainer Heintzmann de Leibniz IPHT. Calculó la distribución de la luz esperada y, por tanto, la calidad del enfoque en cuña. "Los cálculos son importantes para el diseño óptico del instrumento", explica Rainer Heintzmann. "Tienen en cuenta la influencia no deseada que el índice de refracción no ideal del medio de incrustación tiene en la calidad del foco. "

El equipo de investigación cree que su método acelerará los esfuerzos del atlas de células humanas, proporcionando una visión muy necesaria de cómo se manifiesta la función de los tejidos en la salud y la enfermedad, a partir de las poblaciones celulares heterogéneas que la componen. Científicos de todo el mundo están trabajando en la obtención de imágenes tridimensionales y en la caracterización de todas las células del cuerpo humano. El objetivo del Atlas de Células Humanas es crear mapas de referencia completos de todas las células humanas para contribuir a una mejor comprensión de cómo tienen lugar los procesos fundamentales de nuestro organismo y cómo cambian cuando nos enfermamos, ayudando así a mejorar el diagnóstico y el tratamiento.

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