Imágenes de microscopía computacional de alto rendimiento
Un nuevo enfoque para la microscopía de fase cuantitativa de alto rendimiento muestra el potencial para delinear las estructuras subcelulares en estudios celulares a gran escala
Los orgánulos celulares participan en diversas actividades de la vida celular. Su disfunción está estrechamente relacionada con el desarrollo y la metástasis del cáncer. La exploración de las estructuras subcelulares y sus estados anormales facilita la comprensión de los mecanismos de las patologías, lo que puede permitir un diagnóstico precoz para un tratamiento más eficaz.
Un enfoque de transporte de intensidad híbrido de campo claro/oscuro (HBDTI) para la microscopía de fase cuantitativa de alto rendimiento amplía significativamente el producto de ancho de banda espacial de un microscopio convencional, extendiendo las frecuencias espaciales accesibles de la muestra en el espacio de Fourier mucho más allá del límite de difracción coherente tradicional.
Linpeng Lu, NJUST.
El microscopio óptico, inventado hace más de 400 años, se ha convertido en un instrumento indispensable y omnipresente para la investigación de objetos a microescala en muchos ámbitos de la ciencia y la tecnología. En particular, la microscopía de fluorescencia ha dado varios saltos, desde el campo amplio en 2D hasta el confocal en 3D, pasando por la microscopía de fluorescencia de superresolución, lo que ha favorecido enormemente el desarrollo de las ciencias de la vida modernas.
Con los microscopios convencionales, los investigadores tienen actualmente dificultades para generar un contraste intrínseco suficiente para las células no teñidas, debido a su baja absorción o a sus débiles propiedades de dispersión. Los tintes específicos o las etiquetas fluorescentes pueden ayudar a la visualización, pero la observación a largo plazo de las células vivas sigue siendo difícil de conseguir.
Recientemente, la imagen de fase cuantitativa (QPI) se ha mostrado prometedora por su capacidad única de cuantificar el retraso de fase de las muestras no etiquetadas de forma no destructiva. Sin embargo, el rendimiento de una plataforma de obtención de imágenes está fundamentalmente limitado por el producto del ancho de banda espacial (SBP) de su sistema óptico, y el aumento del SBP de un microscopio está fundamentalmente confundido por las aberraciones geométricas dependientes de la escala de sus elementos ópticos. Esto da lugar a un compromiso entre la resolución de imagen alcanzable y el campo de visión (FOV).
Se necesita un enfoque para conseguir imágenes microscópicas sin etiquetas, de alta resolución y con un gran campo de visión, que permita una detección precisa y un análisis cuantitativo de las características y eventos subcelulares. Con este fin, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing (NJUST) y de la Universidad de Hong Kong han desarrollado recientemente un método de microscopía de alto rendimiento sin etiquetas basado en iluminaciones híbridas de campo claro y oscuro. Como se informa en Advanced Photonics, el enfoque de "transporte de intensidad híbrido campo claro-campo oscuro" (HBDTI) para la microscopía de fase cuantitativa de alto rendimiento amplía significativamente las frecuencias espaciales accesibles de la muestra en el espacio de Fourier, ampliando la resolución máxima alcanzable en aproximadamente cinco veces por encima del límite de difracción de imágenes coherentes.
Basándose en el principio de la multiplexación de la iluminación y de la apertura sintética, establecen un modelo de formación de imágenes de campo claro y campo oscuro no lineal. Este modelo dota a la HBDTI de la capacidad de proporcionar características más allá del límite de difracción coherente. Utilizando un microscopio comercial con una lente de objetivo de 4x y 0,16NA, el equipo demostró la obtención de imágenes de alto rendimiento de HBDTI, alcanzando una resolución de imagen de 488 nm de medio ancho dentro de un FOV de aproximadamente 7,19 mm2, lo que supone un aumento de 25× en el SBP con respecto al caso de la iluminación coherente.
La obtención de imágenes no invasivas de alto rendimiento permite delinear las estructuras subcelulares en estudios celulares a gran escala. Según el autor correspondiente, Chao Zuo, investigador principal del Laboratorio de Imagen Computacional Inteligente (SCILab) de la NJUST, "HBDTI ofrece una herramienta de imagen simple, de alto rendimiento, de bajo coste y universal para el análisis cuantitativo en las ciencias de la vida y la investigación biomédica. Dada su capacidad para el QPI de alto rendimiento, se espera que HBDTI proporcione una potente solución para la detección y el análisis a escala cruzada de estructuras subcelulares en un gran número de grupos de células". Zuo señala que se necesitan más esfuerzos para promover la implementación de alta velocidad de HBDTI en el análisis de células vivas de grandes grupos.
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