Desde la primera descripción de Robert Hooke de una célula en Micrografía hace 350 años, la microscopía ha jugado un papel importante en la comprensión de las reglas de la vida.
Sin embargo, la característica resoluble más pequeña, la resolución, está restringida por la naturaleza ondulatoria de la luz. Esta barrera centenaria ha restringido la comprensión de las funciones celulares, las interacciones y la dinámica, particularmente en la escala submicrónica a nanométrica.
La microscopía de fluorescencia de superresolución supera este límite fundamental, ofreciendo una mejora de hasta diez veces en la resolución, y permite a los científicos visualizar el funcionamiento interno de las células y biomoléculas a una resolución espacial sin precedentes.
Sin embargo, dicha capacidad de resolución se ve impedida cuando se observan muestras de células o tejidos enteros, como las que a menudo se analizan durante los estudios sobre el cáncer o el cerebro. Las señales luminosas, emitidas por las moléculas dentro de una muestra, viajan a través de diferentes partesde estructuras celulares o tisulares a diferentes velocidades y dan como resultado aberraciones, que deteriorarán la imagen.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Purdue han desarrollado una nueva tecnología para superar este desafío.
"Nuestra tecnología nos permite medir las distorsiones del frente de onda inducidas por el espécimen, ya sea una célula o un tejido, directamente de las señales generadas por moléculas individuales: pequeñas fuentes de luz unidas a las estructuras celulares de interés", dijo Fang Huang, unprofesor asistente de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de Purdue. "Al conocer la distorsión inducida, podemos determinar las posiciones de las moléculas individuales con alta precisión y exactitud. Obtenemos de miles a millones de coordenadas de moléculas individuales dentro del volumen de una célula o tejido y utilizamosestas coordenadas para revelar las arquitecturas a nanoescala de constituyentes de muestras ".
La tecnología del equipo de Purdue se publicó recientemente en Métodos de la naturaleza .
"Durante las imágenes tridimensionales de súper resolución, registramos de miles a millones de patrones de emisión de moléculas fluorescentes individuales", dijo Fan Xu, un asociado postdoctoral en el laboratorio de Huang y co-primer autor de la publicación. "Estos patrones de emisiónpuede considerarse como observaciones aleatorias en varias posiciones axiales muestreadas desde la función de dispersión de puntos 3D subyacente que describe las formas de estos patrones de emisión a diferentes profundidades, que pretendemos recuperar. Nuestra tecnología utiliza dos pasos: asignación y actualización, para recuperar iterativamentedistorsión del frente de onda y las respuestas 3D del conjunto de datos de una sola molécula que contiene patrones de emisión de moléculas en ubicaciones arbitrarias ".
La tecnología Purdue permite encontrar las posiciones de las biomoléculas con una precisión de hasta unos pocos nanómetros dentro de células y tejidos enteros y, por lo tanto, resolver arquitecturas celulares y de tejidos con alta resolución y fidelidad.
"Este avance amplía la aplicabilidad de rutina de la microscopía de súper resolución desde objetivos celulares seleccionados cerca de cubreobjetos a objetivos intra y extracelulares en el interior de los tejidos", dijo Donghan Ma, investigador postdoctoral en el laboratorio de Huang y coautor del primer autor dela publicación "Esta nueva capacidad de visualización podría permitir una mejor comprensión de las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y muchas otras enfermedades que afectan el cerebro y varias partes del cuerpo".
Los Institutos Nacionales de Salud brindaron un importante apoyo para la investigación.
Otros miembros del equipo de investigación incluyen a Gary Landreth, profesor de la Facultad de Medicina de la Universidad de Indiana; Sarah Calve, profesora asociada de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de Purdue actualmente profesora asociada de ingeniería mecánica en la Universidad de Colorado Boulder; Peng Yin, profesor de la Facultad de Medicina de Harvard; y Alexander Chubykin, profesor asistente de ciencias biológicas en Purdue. La lista completa de autores se puede encontrar en Métodos de la naturaleza .
"Este avance técnico es sorprendente y cambiará fundamentalmente la precisión con la que evaluamos las características patológicas de la enfermedad de Alzheimer", dijo Landreth. "Podemos ver objetos cada vez más pequeños y sus interacciones entre ellos, lo que ayuda a revelar la estructuracomplejidades que no hemos apreciado antes "
Calve dijo que la tecnología es un paso adelante en las terapias regenerativas para ayudar a promover la reparación dentro del cuerpo.
"Este desarrollo es crítico para comprender la biología de los tejidos y poder visualizar los cambios estructurales", dijo Calve.
Chubykin, cuyo laboratorio se enfoca en el autismo y las enfermedades que afectan el cerebro, dijo que la tecnología de imágenes de alta resolución proporciona un nuevo método para comprender las deficiencias en el cerebro.
"Este es un gran avance en términos de análisis funcionales y estructurales", dijo Chubykin. "Podemos ver una vista mucho más detallada del cerebro e incluso marcar neuronas específicas con herramientas genéticas para su posterior estudio".
El equipo trabajó con la Oficina de Comercialización de Tecnología de la Fundación de Investigación Purdue para patentar la tecnología. La oficina se mudó recientemente al Centro de Convergencia para la Innovación y la Colaboración en Discovery Park District, adyacente al campus de Purdue.
Un video que muestra una súper resolución 3D animada está disponible en http://youtu.be/c9j621vUFBM .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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