Cada año, nuestros premios de microscopía óptica en ciencias de la vida Image of the Year (IOTY) de Olympus reconoce lo mejor en imágenes de las ciencias de la vida. Las imágenes ganadoras son escogidas cuidadosamente por un jurado internacional de expertos del campo de la ciencia y el arte.
En los últimos meses, hemos celebrado las imágenes ganadoras de nuestro concurso IOTY 2020 compartiendo la historia subyacente de cada imagen. Hasta ahora, hemos compartido las historias de los tres ganadores de nivel regional América, Asia Pacífico y EMEA. Hoy tenemos una historia final para compartir: el ganador a nivel internacional.
Nuestro jurado escogió a Werner Zuschratter de Alemania como ganador del nivel mundial por su imagen confocal de un embrión de rata entero. En esta imagen colorida e impactante, dos canales muestran los diversos colores autofluorescentes del tejido, mientras que el tercer canal muestra el esqueleto teñido con rojo alizarina. Hemos hablado con Werner para conocer más detalles sobre la imagen ganadora y conocer su opinión sobre el arte de la ciencia.
P: ¿Puede hablarnos de su formación científica?
R: Estudió biología con una especialización en neurobiología en TU Darmstadt. En 1992, me mudé a Magdeburg, Alemania, para trabajar en el Instituto de Neurobiología de Leibniz (LIN) y asumir la gestión de un laboratorio especial para microscopía de electrones y microscopía de barrido láser. El LIN es un instituto de investigación de aprendizaje y memoria con una gran necesidad de técnicas de procesamiento de imágenes para explorar las relaciones funcionales y estructurales de la plasticidad en todos los niveles (p.ej. del nivel molecular y celular al procesamiento de imágenes de animales pequeños y el procesamiento de imágenes de humanos con IRM.
Para unir las diversas modalidades, fundamos hace un par de daños un centro estratégico denominado Combinatorial NeuroImaging (CNI) Core Facility. Mi trabajo consiste en coordinar este centro con un compañero del departamento de procesamiento de imágenes humanas. El CNI proporciona infraestructuras y formación a unos 150 usuarios todos los años. Los científicos del CNI también llevan a cabo sus propios proyectos de investigación.
Además del procesamiento de imágenes de alta resolución y la observación de los procesos dinámicos, mis intereses de investigación se centran en el análisis funcional de los procesos metabólicos usando la microscopía de procesamiento de imágenes de vida útil de fluorescencia con resolución temporal (FLIM) para procesamiento de imágenes de nicotinamida adenina dinucleótido (NADH) y flavín adenín dinucleótido (FAD). Para ello, hemos desarrollado un detector cuántico ultra sensible denominado LINCam.
P: ¿Qué muestra su imagen galardonada?
R: La imagen muestra un feto de rata grabada a modo de pilas individuales de imágenes (7 × 13 pilas con 168 planos focales cada una) usando un microscopio confocal y después montadas para formar una imagen global. El conjunto de datos original necesita una memoria total de 22,9 GB.
Las imágenes individuales se han grabado secuencialmente en diversos rangos espectrales (azul, verde y rojo), con dos de los tres canales mostrando autofluorescencia de tejido y el tercer canal mostrando la tinción ósea con rojo alizarina. La muestra se preparó originalmente en un proyecto de investigación anterior para explorar los efectos de los fármacos en el desarrollo embriónico.
Después volví a usar la muestra para probar la calidad de los métodos de clareo de la imagen de todo el cuerpo (con microscopios de lámina de luz o microscopios confocales) para extraer información de la autofluorescencia en experimentos de procesamiento de imágenes sin marcado, en combinación con tinción histoquímica y para discernir las diversas especias autofluorescentes usadas en técnicas de microscopía con resolución de tiempo y microscopía espectral avanzada (p. ej. FLIM).
El ganador del premio global IOTY 2020, Werner Zuschratter, capturó una imagen confocal de 3 canales a gran escala de un embrión de rata entero fijado y aclarado.
Más abajo puede ver los detalles técnicos de los pasos de procesamiento de imágenes:
Procedimiento de procesamiento de imágenes:
- Escáner en mosaico de 7 × 13 pilas con 168 planos focales con un tamaño de paso de 20 µm cada uno
- Magnificación: 5 × objetivo de A. N. 0,15
- Valores grises: 12 bits
- Tamaño de imagen: 2329 µm × 2329 µm × 3360 µm por pila
- Resolución de píxeles: 512 × 512 por mosaico con promedio de línea: 3
- Memoria necesaria: 252 MB por pila; 22,9 GB para todas las pilas
- Excitación: Canal 1: 405 nm; Canal 2: 483 nm; Canal 3: 568 nm
- Detección: Canal 1: 430–470 nm; Canal 2: 496–541; Canal 3: 641–690 nm
Posprocesamiento:
Para el posprocesamiento (p. ej. proyecciones Z, fusión de pilas y ajuste de color/contraste), utilicé ImageJ/Fiji y el software Adobe Photoshop.
P: ¿Por qué decidió presentar esta imagen?
R: Es un verdadero desafío capturar una muestra muy transparente de este tamaño completamente en 3D con un microscopio y diferenciar los tejidos por su autofluorescencia específica (ya sea por separación espectral o debido a su vida útil).
Por ello, se reutilizaron muestras anteriores, preparadas originalmente para estudios de desarrollo, y fueron procesadas usando la microscopía de hoja/lámina de luz confocal y de resolución temporal. Los escaneos dieron como resultado imágenes impresionantes que desprenden algo excepcionalmente estético a la vez que estimulan la reflexión. Por lo tanto, pensé que una de las imágenes podría ser una candidata para el concurso.
P: ¿Qué significado tiene para usted el arte científico?
R: Es un verdadero desafío capturar una muestra muy transparente de este tamaño completamente en 3D con un microscopio y diferenciar los tejidos por su autofluorescencia específica (ya sea por separación espectral o debido a su vida útil).
En este sentido, la microscopía ofrece grandes oportunidades para estimular la creatividad y la inspiración, así como para agudizarla vista para cosas nuevas. Por ejemplo, hace tres años organizamos una exposición de arte con imágenes de nuestros usuarios en una galería con el objetivo de iniciar un diálogo con el público sobre la ciencia y el arte. También mantuvimos una exposición permanente para los visitantes de nuestro instituto.
P: ¿Dónde y cuándo aprendió a usar un microscopio por primera vez?
A: Mi interés por la fotografía microscópica despertó durante mis estudios en TU Darmstadt. Por aquel entonces, era muy común en los cursos prácticos sentarse delante de un microscopio durante varios días y captar lo que veías a través del ocular, un método que ya no considero que sea apropiado para la recopilación de datos. Por suerte, mi futuro jefe me dejó usar un microscopio de investigación equipado con una cámara analógica y medición de exposición automática.
Durante mi licenciatura y la tesis doctoral, pude conocer mejor el mundo de la microscopía electrónica. Con la aparición de los microscopios confocales en los años 90, la mejora de los tintes fluorescentes y la introducción de las técnicas de marcado biológico molecular, volví a centrarme en la microscopía de luz con un énfasis en los procesos dinámicos usando el procesamiento de imágenes de células vivas.
Dado que el procesamiento de imágenes de células vivas requiere dosis bajas de luz para minimizar la fototoxicidad, nuestro centro se ha centrado en la investigación de procesos de procesamiento de imágenes ultra sensibles basados en el principio del recuento de fotones únicos. Este esfuerzo ha resultado finalmente en el desarrollo de una nueva cámara para FLIM, la LINCam.
P: ¿Qué microscopios utiliza en su trabajo y qué le gusta de los microscopios de Olympus?
R: Además de un microscopio de electrones, nuestro departamento tiene diversos microscopios de fluorescencia. Entre estos microscopios encontramos varios microscopios confocales, de lámina de luz, STED y FLIM de diversos fabricantes.
Lo que me gusta de los microscopios de Olympus es su estructura molecular, así como la óptica de excelente calidad y alta transparencia. Por estos motivos, utilizamos un microscopio invertido IX81 de Olympus con TIRF en una de nuestras configuraciones de FLIM. Además, uno de nuestros microscopios de lámina de luz se basa en un microscopio de zoom MVX10 de Olympus. Durante una visita reciente a una de las sedes europeas de Olympus en Hamburgo, Alemania, probamos nuestra LINCam en un Microscopio confocal de disco giratorio SpinSR10 y fuimos testigos del excelente rendimiento y las posibilidades que ofrece esta combinación para las aplicaciones FLIM en 3D.
P: ¿Desea agradecer a alguien por su apoyo?
R: En primer lugar, me gustaría dar las gracias al jurado por el gran reconocimiento que supone ganar el premio de nivel mundial IOTY. También me gustaría las gracias a mi equipo del Centro CNI por su excelente cooperación.
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