Cientistas inventam um microscópio que pode olhar com segurança através do seu crânio

0
253
Microscopia convencional (esquerda) em comparação com microscopia de matriz de reflexão (direita). Créditos: Yoon et al., Nat Comm, 2020.

Por Tessa Koumoundouros
Publicado na ScienceAlert

Ver o que raios está acontecendo dentro de nós é útil para muitos aspectos da medicina moderna. Mas como fazer isso sem cortar e abrir barreiras como carne e osso para observar tecidos vivos intactos, como nosso cérebro, é uma coisa complicada de fazer.

Estruturas espessas e inconsistentes como o osso espalham a luz de maneira imprevisível, tornando difícil descobrir o que está acontecendo por trás delas. E quanto mais fundo você deseja enxergar, mais a luz dispersa obscurece a estrutura biológica fina e frágil.

Existem muitas opções para os pesquisadores que desejam observar os tecidos vivos em atividade, usando truques ópticos inteligentes para transformar fótons dispersos em certas frequências em uma imagem. Mas, pelos riscos de danos ao tecido ou por operar apenas em profundidades rasas, todos eles têm desvantagens.

Uma equipe de cientistas descobriu agora uma maneira de criar uma imagem nítida a partir da luz infravermelha dispersa emitida por um laser, mesmo depois de passar por uma espessa camada de osso.

“Nosso microscópio nos permite investigar estruturas internas finas nas profundezas dos tecidos vivos que não podem ser vistas com clareza por nenhum outro meio”, disseram os físicos Seokchan Yoon e Hojun Lee da Universidade da Coreia.

Embora uma técnica chamada microscopia de três fótons tenha conseguido capturar imagens de neurônios sob o crânio de um rato antes, a maioria das tentativas de obter imagens cristalinas de cabeças de animais com invólucro ósseo requerem aberturas cortadas no crânio.

A microscopia de três fótons usa comprimentos de onda mais longos e um gel especial para ajudar a ver além do osso. No entanto, esse método só pode penetrar profundamente e combinar frequências de luz de uma forma que corre o risco de danificar moléculas biológicas delicadas.

Combinando técnicas de imagem com o poder da óptica adaptativa computacional anteriormente usada para corrigir a distorção óptica na astronomia terrestre, Yoon e seus colegas foram capazes de criar as primeiras imagens de alta resolução de redes neurais de ratos por trás de seu crânio intacto.

Antes (before) e depois (after) do processamento da imagem por algoritmo de correção (correction) de aberração. Créditos: Yoon et al., Nature Communications, 2020.

Eles chamam sua nova tecnologia de imagem de microscopia de matriz de reflexão de varredura a laser (LS-RMM, na sigla em inglês). É baseado na microscopia confocal de varredura a laser convencional, com a diferença de que ela detecta a dispersão de luz não apenas na profundidade que está sendo visualizada, mas também obtém uma resposta completa de entrada-saída da interação luz-meio – sua matriz de reflexão.

Quando a luz (neste caso, de um laser) passa por um objeto, alguns fótons viajam direto, enquanto outros são desviados. O osso, com sua estrutura interna complexa, é particularmente bom para espalhar luz.

Quanto mais longe a luz tem que viajar, mais esses fótons balísticos se espalham para fora da imagem. A maioria das técnicas de microscopia depende dessas ondas de luz de disparo direto para construir uma imagem clara e nítida. A LS-RRM usa uma matriz especial para aproveitar ao máximo quaisquer raios de luz aberrantes.

Depois de registrar a matriz de reflexão, a equipe usou a programação óptica adaptativa para separar quais partículas de luz definem e quais obscurecem. Junto com um modulador de luz espacial para ajudar a corrigir outras aberrações físicas que ocorrem em escalas tão pequenas de imagem, eles foram capazes de gerar uma imagem de redes neurais do rato a partir dos dados.

“A identificação de aberrações de frente de onda é baseada no contraste de refletância intrínseca dos objetos de estudo”, explicou a equipe em seu estudo. “Como tal, não requer rotulagem fluorescente e alto poder de excitação”.

Visualizar estruturas biológicas em seu contexto natural de vida tem o potencial de revelar mais coisas sobre seus papéis e funções, além de permitir a detecção mais fácil de problemas.

“Isso vai nos ajudar muito no diagnóstico precoce de doenças e agilizar as pesquisas em neurociência”, disseram Yoon e Lee.

A LS-RMM é limitado pelo poder da computação, pois requer cálculos intensos e demorados para processar aberrações complicadas de pequenas áreas detalhadas. Mas a equipe sugere que seu algoritmo de correção de aberração também pode ser aplicado a outras técnicas de imagem para permitir que eles resolvam imagens mais profundas também.

Mal podemos esperar para ver o que essa nova tecnologia revelará estar escondido dentro de nós.

Esta pesquisa foi publicada na Nature Communications.