Técnica de desenfoque contradictoria que produce imágenes de microscopio en 3-D

Uno de los grandes inventos de la historia fue el desarrollo del microscopio. La capacidad de ver la enorme variedad de vida y patrones en una escala tan pequeña cambió nuestra comprensión del mundo y nuestra relación con él.

Desde entonces, los microscopistas han mejorado drásticamente sus instrumentos para que graben no solo con luz visible sino con otras longitudes de onda e incluso con otros medios de grabación por completo, como electrones y neutrones, etc.

Sin embargo, uno de los desafíos más difíciles es determinar la estructura tridimensional de los objetos pequeños. Los glóbulos rojos sanos, por ejemplo, tienen una famosa estructura en forma de rosquilla y los cambios en esta estructura son un indicador importante de diversas enfermedades y afecciones.

Estas formas son fáciles de ver, pero determinar su estructura tridimensional completa con una resolución de unos pocos cientos de nanómetros es complicado; sobre todo porque los glóbulos rojos son en gran parte transparentes y difíciles de ver con un microscopio de campo brillante ordinario.

Hoy, Paula Roma y sus amigos de la Universidad Federal de Minas Gerais en Brasil revelan una técnica nueva y relativamente simple para determinar la estructura tridimensional completa de los glóbulos rojos basada en la técnica contradictoria del desenfoque.

Los biólogos han reconocido desde hace mucho tiempo las limitaciones de la microscopía de campo brillante con muestras biológicas porque muchas son en gran parte transparentes. (La microscopía de campo brillante es la técnica de microscopio ordinaria con la que se encuentran la mayoría de las personas en la escuela secundaria).

La luz brilla sobre la muestra o a través de ella, revelando cualquier elemento que absorba o disperse la luz con fuerza.

El problema es que todo lo que es transparente es más o menos invisible porque la luz pasa directamente a través de él. Y, lamentablemente, muchas muestras biológicas entran en esta categoría, incluidos los glóbulos rojos que son en gran parte transparentes.

Una forma de evitar esto es desenfocar ligeramente la imagen. Dado que los glóbulos rojos tienen un índice de refracción, desvían la luz que pasa a través de ellos. Esta flexión introduce un cambio de fase en la luz.

Este cambio de fase facilita la separación de esta luz de la luz que no ha atravesado la celda. Y al hacer esto, los glóbulos rojos se vuelven más oscuros y más fáciles de ver.

Eso permite un análisis más detallado de las células. Midiendo los cambios de intensidad que introduce este proceso, es posible determinar la forma de la superficie que genera los cambios de fase. Eso da una imagen tridimensional de la superficie superior de la celda.

Ahora Roma y compañía dicen que es posible llegar más lejos. Muestran que al tomar dos imágenes de la celda, ambas desenfocadas en diferentes cantidades, también es posible determinar la forma de la superficie inferior de la celda. En otras palabras, este extraño tipo de imagen estéreo desenfocada le da la forma tridimensional de toda la celda.

Los resultados son impresionantes. La técnica funciona con luz blanca ordinaria, aunque es necesario filtrarla para eliminar las longitudes de onda rojas que podrían absorber los glóbulos rojos.

Para obtener dos imágenes de la misma celda, Roma y compañía usan un divisor de haz para enviar luz a dos cámaras que están desenfocadas en diferentes cantidades. Luego, los resultados se pueden procesar utilizando un algoritmo sencillo para producir imágenes en 3-D de las células

Para probar la idea, Roma y compañía colocaron glóbulos rojos en varias concentraciones de soluciones salinas para que se hincharan. Registraron imágenes de 25 celdas y procesaron los resultados, que se muestran arriba.

Dicen que las imágenes tienen una resolución de 300 nanómetros, significativamente mejor de lo que es posible con técnicas similares. En particular, muestran cómo las células se adhieren a la superficie a la que están adheridas.

La configuración también es relativamente sencilla. La técnica podría ser adoptada fácilmente por no especialistas, dicen.

Ese es un resultado interesante que muestra cómo aún se pueden realizar avances fascinantes a bajo costo en microscopía.

Ref: http://arxiv.org/abs/1404.2968 : Imagen 3D total de objetos de fase utilizando microscopía de desenfoque: Aplicación de glóbulos rojos

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