Los avances recientes en la tecnología de imágenes han proporcionado vistas sin precedentes de eventos biológicos a medida que se desarrollan en organismos vivos. Los investigadores crean rutinariamente películas de procesos como las células que se dividen y diferencian en las neuronas, los músculos y la piel en una placa de Petri o en pequeños embriones,como el gusano C. elegans . Pero los científicos a menudo tienen dificultades para recopilar datos similares para especímenes más grandes, como el pez cebra o las moscas de la fruta, cuyos embriones son aproximadamente 1,000 veces más grandes y tienen propiedades ópticas desafiantes. Un nuevo microscopio de hoja de luz "inteligente" desarrollado en el HowardEl Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Hughes resuelve este problema analizando una muestra continuamente y ajustando su configuración para optimizar la calidad de la imagen.
"El microscopio es inteligente en el sentido de que controla el experimento en sí mismo", explica el líder del grupo Janelia Philipp Keller. "No es el humano quien instruye al microscopio exactamente cómo tomar imágenes. El microscopio descubre por sí mismo lo que necesita".hacer para obtener una imagen nítida "
Keller colaboró con científicos del Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular en Dresden, Alemania, e investigadores de Coleman Technologies Incorporated en Newtown Square, Pensilvania para crear el nuevo microscopio, que se describe en un artículo publicado en línea el 31 de octubre, 2016 en la revista Biotecnología de la naturaleza . La publicación proporciona una descripción detallada del instrumento, así como el código fuente de su software, que también está disponible públicamente en Github.
En 2012, Keller dirigió un equipo que desarrolló el microscopio de hoja de luz de múltiples vistas simultáneas SiMView, que permite a los científicos obtener imágenes de organismos vivos a altas velocidades, durante largos períodos de tiempo, sin interferir con los procesos que estaban observando.El microscopio se basó en los métodos que Keller desarrolló con sus colegas del Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Heidelberg, Alemania, para abordar una de las preocupaciones asociadas con la microscopía óptica convencional: los efectos dañinos de exponer una muestra a la luz. Keller y sus colegas redujeron este daño al iluminarsolo una sección delgada de una muestra a la vez con una hoja escaneada de luz láser, mientras que un detector registra la parte de la muestra que se está iluminando.
El microscopio SiMView era rápido y podía capturar procesos dinámicos en muestras pequeñas y transparentes, como células individuales en cultivo o en la superficie de organismos multicelulares. Pero luchó por lograr imágenes de alta resolución de imágenes más grandes y ópticamente más difícilesespecímenes como embriones completos.
Este problema está directamente relacionado con un requisito clave en la microscopía de lámina de luz: que la lámina de luz que ilumina la muestra y el plano focal del sistema de detección son perfectamente coplanares. "Deben coincidir con precisión", explica Keller. "Sise desvían de cualquier forma geométrica, es como sacar una imagen fuera de foco "
Debido a que los organismos vivos no son física ni químicamente uniformes, la trayectoria del láser puede perturbarse a medida que viaja a través de la muestra, lo que dificulta mantener alineadas la propiedad de la hoja de luz y el detector. Cuanto más grande sea la muestra, peores serán los efectos.
La solución de Keller a este problema fue hacer que el microscopio fuera más inteligente, para que pudiera ajustarse a la muestra cambiante. "Estábamos trabajando en muchos organismos multicelulares grandes, y necesitábamos una forma de hacer que el microscopio se adaptara almuestra y realiza el experimento en sí mismo ", dice Keller." Fue por pura necesidad que comenzamos el proyecto ".
Keller y sus colaboradores tardaron unos tres años en perfeccionar la tecnología, lo que llaman el marco de AutoPilot. El investigador científico de Janelia, Raghav Chhetri, se centró en el hardware, agregando más grados de libertad al microscopio, como la capacidad de rotar elhoja de luz en el espacio, mientras Loïc Royer, becario postdoctoral en el laboratorio de Gene Myers en el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular, dirigió el desarrollo del software.
El software funciona analizando imágenes del microscopio en tiempo real, determinando cómo mejorar la calidad de las imágenes y luego ajustando los parámetros correctos en el microscopio ". El sistema comprende la relación entre todas las diferentes variables y cuando observa quealgo está apagado, puede determinar qué botón girar para corregir las cosas ", explica Royer. Debido a que los microscopios de lámina de luz solo recogen imágenes tridimensionales de una muestra cada pocos segundos o cientos de milisegundos, los cálculos, análisis y ajustes sonhecho durante el breve tiempo de inactividad del microscopio.
Los científicos de Janelia Bill Lemon y Yinan Wan probaron el marco de AutoPilot en una variedad de sistemas modelo, incluidos Drosophila y pez cebra. Estos experimentos demostraron mejoras en la resolución espacial y la intensidad de la señal en un factor de 2 a 5.
El marco no solo proporciona vistas de estructuras celulares, e incluso subcelulares que de otro modo no se podrían obtener por métodos convencionales, también es muy fácil de usar. El alto nivel de automatización de instrumentos de AutoPilot garantiza que cualquier usuario de microscopio, inclusoaquellos sin antecedentes técnicos o capacitación en microscopía de lámina de luz, pueden producir de manera consistente y sin esfuerzo datos de imagen óptimos.
"Queríamos hacer que el microscopio sea lo más potente posible pero también tan fácil de usar como sea posible", dice Keller. "El marco lo hace ayudando al usuario a asegurarse de que el experimento esté configurado correctamente y también asegurándose de que el usuariopuede producir imágenes de calidad óptima sin esfuerzo y de forma reproducible en cada experimento ".
Video: http://vimeo.com/189233797
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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