Nuevo método de microscopía 3D rápida

03.08.2021 - Alemania

Investigadores del clúster de excelencia ImmunoSensation2 de la Universidad de Bonn, el Hospital Universitario y el centro de investigación Caesar han desarrollado un método que permite utilizar imágenes multifocales para reconstruir el movimiento de procesos biológicos rápidos en 3D.

En el pasado se han hecho muchos descubrimientos gracias a la disponibilidad de métodos de medición mejores y más precisos, que han permitido obtener datos de fenómenos antes inexplorados. Por ejemplo, la microscopía de alta resolución ha empezado a cambiar drásticamente nuestras perspectivas sobre la función y la dinámica celular. Los investigadores del clúster de excelencia ImmunoSensation2 de la Universidad de Bonn, el Hospital Universitario y el centro de investigación Caesar han desarrollado ahora un método que permite utilizar imágenes multifocales para reconstruir el movimiento de procesos biológicos rápidos en 3D. El estudio se ha publicado recientemente en la revista Nature Communications.

Muchos procesos biológicos tienen lugar a escala nanométrica o milimétrica y en milisegundos. Los métodos establecidos, como la microscopía confocal, son adecuados para realizar registros precisos en 3D, pero carecen de la resolución temporal o espacial necesaria para resolver los procesos rápidos en 3D y requieren muestras etiquetadas. Para muchas investigaciones en biología, la adquisición de imágenes a altas velocidades de cuadro es esencial para registrar y comprender los principios que rigen las funciones celulares o los comportamientos rápidos de los animales. El reto al que se enfrentan los científicos puede compararse al de seguir un emocionante partido de tenis: A veces no es posible seguir con precisión la pelota que se mueve rápidamente, o no se descubre la pelota antes de que ya esté fuera de los límites.

Con los métodos anteriores, los investigadores no podían seguir el tiro porque la imagen estaba borrosa o el objeto de interés simplemente ya no estaba en el campo de visión después de tomar la foto. Los métodos estándar de obtención de imágenes multifocales permiten obtener imágenes en 3D a alta velocidad, pero están limitados por el compromiso entre alta resolución y gran campo de visión, y suelen requerir etiquetas fluorescentes brillantes.

Por primera vez, el método aquí descrito permite utilizar imágenes multifocales con un gran campo de visión y una alta resolución espacio-temporal. En este estudio, los científicos rastrean el movimiento de estructuras esféricas y filamentosas no etiquetadas de forma rápida y precisa.

Como se describe de forma muy llamativa en el estudio, el nuevo método proporciona ahora una visión novedosa de la dinámica del batido flagelar y su conexión con el comportamiento natatorio de los espermatozoides. Esta conexión ha sido posible porque los investigadores pudieron registrar con precisión el latido flagelar de los espermatozoides que nadan libremente en 3D durante un largo periodo de tiempo y seguir simultáneamente las trayectorias de los espermatozoides individuales. Además, los científicos determinaron el flujo de fluido en 3D alrededor de los espermatozoides que laten. Estos hallazgos no sólo abren la puerta a la comprensión de las causas de la infertilidad, sino que también podrían utilizarse en la llamada "biónica", es decir, la transferencia de principios encontrados en la naturaleza a aplicaciones técnicas.

Los investigadores del Clúster de Excelencia ImmunoSensation2 ya pueden utilizar el nuevo método, y no sólo para observar los espermatozoides. Este método también podría utilizarse para determinar los mapas de flujo en 3D que resultan del latido de los cilios móviles. Los cilios móviles laten de forma similar a la cola de los espermatozoides y transportan líquido. El flujo impulsado por los cilios desempeña un papel importante en el ventrículo del cerebro o en las vías respiratorias, donde sirve para transportar la mucosidad fuera de los pulmones y hacia la garganta -así es como se transportan y evitan los patógenos-.

El concepto de imagen multifocal que se presenta en este estudio es rentable, puede aplicarse fácilmente y no depende del etiquetado de objetos. Los investigadores afirman que su nuevo método puede abrirse camino también en otros campos, y ven muchas otras aplicaciones potenciales.

Instituciones participantes y financiación:

Además del Clúster de Excelencia ImmunoSensation2 y el centro de investigación Caesar, la Universidad de Glasgow participó en el estudio. El estudio recibió financiación de acceso abierto gracias al proyecto DEAL.

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