A medida que los científicos buscan nuevos conocimientos sobre el funcionamiento de la mente y el cuerpo, tendrán que indagar en profundidad como nunca antes se ha hecho. La microscopía multifotón se está convirtiendo en una técnica muy popular para llevar a cabo dicha tarea. Este potente método de procesamiento de imágenes permite capturar imágenes en 3D de fases celulares dinámicas a gran profundidad dentro del tejido vivo y de forma no invasiva.
No obstante, los investigadores suelen pasar por alto un desafío óptico que se produce durante el procesamiento de imágenes profundas multifotón: la aberración esférica.
A través de esta publicación, se explicará la aberración esférica en el procesamiento de imágenes profundas multifotón y cómo puede ser corregida.
¿Qué es la aberración esférica?
De forma resumida, la aberración esférica es un error óptico que se produce cuando los rayos de luz pasan por una lente esférica y convergen en puntos distintos. Debido a que los rayos no pueden hallar un punto de enfoque, tanto la resolución como el brillo de la imagen se verán afectados. En regiones profundas del cerebro, por ejemplo, la aberración esférica hace que sea difícil estudiar las estructuras finas como las espinas dendríticas.
Por suerte, las innovaciones tecnológicas dedicadas a los objetivos microscópicos pueden compensar este error. Los científicos pueden usar collares de corrección colocados en los objetivos para cambiar la posición de los elementos internos de la lente y corregir la aberración esférica. Sin embargo, la corrección de la aberración esférica usando un collar de corrección manual durante el procesamiento de imágenes profundas está lejos de ser sencilla.
Dos de los problemas más comunes son:
- El ambiente oscuro de los sistemas multifotón hace que sea difícil ver y ajustar la posición del collar.
- Cada ajuste del collar modifica ligeramente la longitud focal efectiva del objetivo.
Debido a estos desafíos, no es práctico ajustar manualmente un collar para más de una posición durante la adquisición volumétrica de las imágenes en apilamiento Z, lo que puede limitar la capacidad para capturar imágenes brillantes y de alta resolución bajo todas las profundidades.
Para superar esta complejidad, se recomienda usar un sistema de lente motorizado como los objetivos TruResolution de Olympus. A continuación, se exponen dos ventajas principales:
1. Operación del usuario simplificada
La microscopía multifotón es una técnica de procesamiento de imágenes avanzado de fluorescencia, por lo que muchos científicos no se sentirán seguros al adquirir imágenes sin ser supervisados por un experto en microscopía. Los objetivos motorizados permiten simplificar la operación del usuario en experimentos que requieren el procesamiento multifotón de imágenes profundas al automatizar la corrección de la aberración esférica. ¿ Pero, cómo funciona?
Como puede apreciarse en la imagen a continuación, el plano focal varía al rotar los collares convencionales (Figura A, izquierda). Si son comparados, los objetivos motorizados cambian automáticamente la posición Z de un objetivo en función del ángulo de rotación. También, el collar es optimizado en función de las cantidades medidas de forma objetiva, como el contraste de imagen (Figura B, derecha).
Gracias a esta innovadora tecnología, el control de software simplifica la operación del usuario en diversas condiciones externas.
Es posible ver la diferencia en las dos siguientes imágenes de microglía a una profundidad de 100 μm en el córtex visual de un ratón vivo. La imagen adquirida después de la corrección del collar (derecha) es más clara y resuelve mejor las finas protusiones que parecen filopodios en comparación con la imagen capturada antes del ajuste del collar (izquierda).
Imágenes por cortesía de Mitchell Murdock del Massachusetts Institute of Technology (MIT, Instituto de Tecnología de Massachusetts).
2. Imágenes claras y brillantes en todas las profundidades
Un collar de corrección automático puede adaptar las correcciones ópticas a los perfiles del índice de refracción y profundidad, lo que ayuda a capturar imágenes más claras con texturas más finas dentro del tejido biológico.
Por ejemplo, los neurocientíficos están interesados en la morfología estructural de los elementos submicrónicos, como las cabezas y los cuellos de la espina dendrítica en las regiones profundas del cerebro. Con imágenes más claras y nítidas, estos profesionales pueden categorizar mejor estas espinas dendríticas para estudiar al aprendizaje y la memoria.
¿Y, en la práctica? En un estudio reciente, los investigadores llevaron a cabo una observación in vivo del córtex sensorial en un ratón anestesiado preparado con una ventana craneal de vidrio.
Imágenes por cortesía de Hiromu Monai, Hajime Hirase y Atsushi Miyawaki de RIKEN BSI-Olympus.
La imagen capturada con un objetivo automático TruResolution (arriba-derecha, B) tiene más brillo y más resolución que la imagen adquirida con el collar de corrección fijado en la superficie (centro-derecha, C).
La mejorada calidad de imagen del objetivo TruResolution hace que los detalles de la espina dendrítica sean más fáciles de observar (abajo izquierda, D) que en la imagen capturada con el collar de corrección fijado (abajo derecha, E).
Haga descubrimientos más profundos
El procesamiento de imágenes multifotón a niveles profundos puede ayudar a los investigadores a entender mejor las enfermedades y los trastornos neurológicos, como el Alzheimer, el Parkinson y la esclerosis múltiple. Nuestros objetivos motorizados para el microscopio de escaneo láser multifotón FVMPE-RS pueden ofrecer las imágenes precisas, claras brillantes que usted necesita para ampliar los detalles y encontrar el siguiente hito que cambiará la vida.
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