Nuevo método de microscopía que no tendría límite de resolución

Un equipo polaco-israelí de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia y el Instituto de Ciencias Weizmann ha hecho otro logro significativo en la microscopía fluorescente.

En las páginas de la revista Optica el equipo presentó un nuevo método de microscopía que, en teoría, no tiene límite de resolución.

En la práctica, el equipo logró demostrar una mejora cuádruple con respecto al límite de difracción.

El continuo desarrollo de las ciencias biológicas y la medicina requiere la capacidad de examinar objetos cada vez más pequeños.

Los científicos necesitan ver la estructura y las relaciones mutuas entre, por ejemplo, las proteínas de las células.

Al mismo tiempo, las muestras que se observan no deben diferir de las estructuras que se dan de forma natural en los organismos biológicos, lo que descarta el uso de procedimientos y reactivos agresivos.

Aunque revolucionó las ciencias naturales, el microscopio óptico clásico es claramente insuficiente hoy en día.

Debido a la naturaleza ondulatoria de la luz, un microscopio óptico no permite la obtención de imágenes de estructuras inferiores a unos 250 nanómetros.

Como resultado, los objetos más cercanos entre sí que la mitad de la longitud de onda de la luz (que es de unos 250 nm para la luz verde) no pueden ser discernidos.

Este fenómeno, conocido como límite de difracción, es uno de los principales obstáculos para la observación de las estructuras biológicas más diminutas, que los científicos han intentado superar desde hace mucho tiempo.

Los microscopios electrónicos proporcionan una mejor resolución en varios órdenes de magnitud, pero solo permiten el examen de objetos inanimados, que deben ser colocados en el vacío y bombardeados por un haz de electrones.

Por esta razón, la microscopía electrónica no puede utilizarse para estudiar los organismos vivos y los procesos naturales que ocurren en ellos.

Aquí es donde entra en juego la microscopía de fluorescencia, de ahí el rápido desarrollo de la microscopía de fluorescencia de súper resolución como campo de las ciencias físicas y la existencia de dos Premios Nobel ya concedidos por investigaciones relacionadas, en 2008 y 2014.

Hoy en día se dispone de varias técnicas de microscopía de fluorescencia, y algunas de ellas se han generalizado en las imágenes biológicas.

Algunos métodos, como la microscopía PALM, STORM o STED, se caracterizan por una resolución ultra alta y permiten discernir objetos situados a una docena de nanómetros de distancia entre sí.

Sin embargo, estas técnicas requieren largos tiempos de exposición y un complejo procedimiento de preparación de muestras biológicas.

Otras técnicas, como la microscopía SIM o ISM, son fáciles de usar, pero ofrecen una mejora de resolución muy limitada, permitiendo identificar estructuras de solo la mitad del tamaño del límite de difracción.

Aleksandra Sroda, Adrian Makowski y el Dr. Radek Lapkiewicz del Laboratorio de Óptica Cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en cooperación con el equipo del Prof. Dan Oron del Instituto de Ciencias Weizmann de Israel, han introducido una nueva técnica de microscopía de súper resolución, llamada Super-resolution optical fluctuation image scanning microscopy (SOFISM).

En la SOFISM, las fluctuaciones que ocurren de manera natural en la intensidad de la emisión de los marcadores fluorescentes se utilizan para mejorar aún más la resolución espacial de un microscopio de escaneo de imágenes (ISM).

El ISM, un método emergente de superresolución, ya se ha aplicado en productos comerciales y ha demostrado ser valioso para la comunidad de la bioimagen.

En gran medida porque logra una modesta mejora en la resolución lateral (x2), con muy pocos cambios en la configuración óptica y sin el inconveniente común de los largos tiempos de exposición.

Por lo tanto, permite una extensión natural de las capacidades de un microscopio confocal estándar.

El ISM utiliza un microscopio confocal en el que un solo detector se sustituye por un conjunto de detectores.

En la SOFISM se calculan las correlaciones de las intensidades detectadas por múltiples detectores.

En la práctica, la resolución alcanzable para correlaciones de orden superior está limitada por la relación señal-ruido de las mediciones.

“SOFISM” es un compromiso entre la facilidad de uso y la resolución.

Creemos que nuestro método llenará el nicho entre las técnicas complejas y difíciles de usar que proporcionan una resolución muy alta y los métodos fáciles de usar de menor resolución.

La SOFISM no tiene un límite de resolución teórico, y en nuestro artículo, demostramos resultados que son cuatro veces mejores que el límite de difracción.

También demostramos que el método SOFISM tiene un alto potencial en la imagenología de estructuras biológicas tridimensionales“, dijo el Dr. Radek Lapkiewicz.

Crucialmente, SOFISM es, en sus aspectos técnicos, altamente accesible, ya que solo requiere la introducción de una pequeña modificación en el ampliamente utilizado microscopio confocal, reemplazando su tubo fotomultiplicador por un detector SPAD.

Además, es necesario aumentar ligeramente el tiempo de medición y cambiar el procedimiento de procesamiento de datos.

“Hasta hace poco, los detectores SPAD eran caros y sus especificaciones no eran suficientes para la microscopía basada en la correlación.

Esta situación ha cambiado recientemente.

Los nuevos detectores SPAD introducidos el año pasado eliminaron las barreras tecnológicas y de precio.

Esto nos hace pensar que las técnicas de microscopía de fluorescencia como la SOFISM podrían, en unos pocos años, llegar a ser ampliamente utilizadas en el campo del examen microscópico”, subrayó el Dr. Lapkiewicz.

Fuente: Noticias de la Ciencia