Francis S. Collins, Director de NIH
Neurociencia 3D a la velocidad de la vida
Publicado en por el Dr. Francis Collins
Este gusano fluorescente es mucho más que un video fascinante. Muestra un salto tecnológico significativo hacia adelante en nuestra capacidad de capturar en tiempo real el disparo de neuronas individuales en un animal vivo que se mueve libremente.
A medida que este gusano Caenorhabditis elegans se ondula, 113 neuronas en todo su cerebro y cuerpo (manchas verdes / amarillas) se vuelven más brillantes y oscuras a medida que cada neurona se activa y desactiva De hecho, aproximadamente a la mitad del video, puede ver rayas que rastrean las posiciones de las neuronas individuales (líneas de color azul / púrpura) de un cuadro al siguiente. Hasta ahora, habría sido tecnológicamente imposible capturar esta “velocidad de la vida” con tanta claridad.
Elizabeth M. C. Hillman
Con el financiamiento de la Investigación del Cerebro liderada por los NIH a través de la Iniciativa Avanzando en Neurotecnologías Innovadoras (BRAIN), Elizabeth Hillman, de la Universidad de Columbia, Nueva York, ha sido pionera en el emparejamiento de un microscopio 3D de imágenes en vivo con una cámara ultrarrápida. Este emparejamiento, que se muestra arriba, es una técnica llamada microscopía de excitación plana alineada confocalmente barrida (SCAPE).
Desde la primera demostración de SCAPE en febrero de 2015 [1], Hillman y su equipo han trabajado duro para mejorar, refinar y ampliar el enfoque. Recientemente, usaron SCAPE 1.0 para imaginar cómo las neuronas propioceptivas en las larvas de la mosca de la fruta perciben la posición del cuerpo al gatear . Ahora, como se describe en Nature Methods , presentan SCAPE “2.0”, con una resolución mejorada y una cámara mucho más rápida, que permite imágenes 3D a velocidades cientos de veces más rápidas que los microscopios convencionales [2]. Para rastrear un gusano muy ondulado, ¡los investigadores imaginan su objetivo 25 veces por segundo!
Al igual que con la SCAPE de primera generación, la versión 2.0 utiliza un espejo de exploración para barrer una lámina de luz inclinada a través de una muestra. Este mismo espejo redirige la luz proveniente del plano iluminado para enfocarla en una cámara fija de alta velocidad. El enfoque le permite a SCAPE capturar imágenes en 3D a velocidades muy altas, mientras que también causa muy poco foto-blanqueo en comparación con los microscopios de escaneo de puntos convencionales, reduciendo el daño de la muestra que a menudo ocurre durante la microscopía de lapso de tiempo.
Al igual que SCAPE 1.0, dado que solo se usa una lente objetivo fija y fija, el sistema 2.0 actualizado no necesita sostener, mover o alterar una muestra durante la imagen. Esta flexibilidad permite a los científicos usar SCAPE en una amplia gama de experimentos en los que pueden presentar estímulos o investigar el comportamiento de un animal, todo mientras imagina cómo las células subyacentes conducen y representan esos comportamientos.
El documento SCAPE 2.0 muestra la versatilidad biológica del sistema al registrar también el corazón palpitante de un embrión de pez cebra a velocidades récord. Además, SCAPE 2.0 puede capturar rápidamente imágenes de tejidos grandes fijos, despejados y expandidos, como la retina, el cerebro y la médula espinal, lo que permite rastrear la forma y la conectividad de los circuitos celulares. Hillman y su equipo se dedican a exportar su tecnología; Proporcionan orientación y una lista de piezas para SCAPE 2.0 para que los investigadores puedan crear su propia versión utilizando piezas comerciales de bajo costo.
Ver gusanos revoloteando puede recordarnos la clase de ciencias de la escuela secundaria. Pero para los neurocientíficos, estas imágenes representan un progreso hacia la comprensión del sistema nervioso en acción, ¡literalmente a la velocidad de la vida!
Texto original NIH : Neurociencia 3D a la velocidad de la vida
https://directorsblog.nih.gov/2019/12/05/3d-neuroscience-at-the-speed-of-life/
referencias :
[1] Microscopía de excitación plana alineada confocalmente alineada (SCAPE) para obtener imágenes volumétricas de alta velocidad de organismos que se comportan . Bouchard MB, Voleti V, Mendes CS, Lacefield C, y otros Nature Photonics. 2015; 9 (2): 113-119.
[2] Microscopía volumétrica en tiempo real de dinámica in vivo y muestras a gran escala con SCAPE 2.0 . Voleti V, Patel KB, Li W, Campos CP, et al. Métodos Nat. 2019 27 de septiembre; 16: 1054-1062.
Enlaces :
Uso de organismos de investigación para estudiar la salud y la enfermedad (Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales / NIH)
Laboratorio Hillman (Universidad de Columbia, Nueva York)
Apoyo de los NIH: Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares; Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre
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Científicos, e inteligencia artificial en el estudio del cáncer