A compensação das aberrações ópticas induzidas pela amostra é crucial para a visualização de estruturas microscópicas profundas nos tecidos biológicos. A forte dispersão múltipla, no entanto, restringe a capacidade de detectar e reparar erros induzidos por tecidos.
Portanto, para obter uma imagem de tecido profundo de alta resolução, é essencial remover as ondas espalhadas múltiplas e aumentar a proporção das ondas espalhadas individualmente. Cientistas, liderados pelo Diretor Associado CHOI Wonshik do Centro de Espectroscopia e Dinâmica Molecular do Instituto de Ciências Básicas, pelo Professor KIM Moonseok da Universidade Católica da Coreia e pelo Professor CHOI Myunghwan da Universidade Nacional de Seul desenvolveram um novo tipo de microscópio holográfico, para veja através do crânio e imagine o cérebro.
O novo microscópio pode “ver através” do crânio intacto e é capaz de gerar imagens 3D de alta resolução da rede neural dentro do cérebro de um camundongo vivo sem remover o crânio.
Em 2019, cientistas de IBS– pela primeira vez – desenvolveu o microscópio holográfico de resolução temporal de alta velocidade que pode eliminar o espalhamento múltiplo. Ao mesmo tempo, mede a amplitude e a fase da luz.
Usando o microscópio, eles puderam observar a rede neural de peixes vivos sem cirurgia incisional. No entanto, foi difícil obter uma imagem de rede neural do cérebro dos ratos, pois o crânio do rato é mais espesso que o do peixe.
A equipe de estudo foi capaz de analisar quantitativamente como a luz e a matéria interagem, o que lhes permitiu desenvolver ainda mais seu microscópio anterior. Este estudo recente relatou o desenvolvimento bem-sucedido de um microscópio holográfico tridimensional superprofundado com resolução de tempo que permite a observação de tecidos a uma profundidade maior do que nunca.
Os cientistas, especificamente, desenvolveram um método para selecionar preferencialmente ondas de dispersão única, aproveitando o fato de que elas têm formas de onda de reflexão semelhantes, mesmo quando a luz entra de vários ângulos.
Para descobrir o modo de ressonância que otimiza a interferência construtiva (interferência que ocorre quando ondas da mesma fase se sobrepõem), são usados um algoritmo complicado e uma operação numérica que examina o modo próprio de um meio (uma onda distinta que distribui energia luminosa em um meio). Isso permitiu que o novo microscópio filtrasse seletivamente sinais indesejados enquanto focava mais de 80 vezes mais energia luminosa nas fibras cerebrais do que anteriormente. Isso tornou possível aumentar a proporção de ondas de dispersão única para ondas de dispersão múltipla em várias ordens de magnitude.
Em seguida, os cientistas testaram a tecnologia observando o cérebro do rato. Mesmo em uma profundidade onde o emprego da tecnologia atual era anteriormente impossível, a distorção da frente de onda poderia ser corrigida usando o microscópio. O novo microscópio obteve imagens com sucesso da rede neuronal do cérebro do rato abaixo do crânio em alta resolução. Tudo isso foi realizado no comprimento de onda visível, sem retirar o crânio do rato e sem usar um marcador fluorescente.
O professor KIM Moonseok e o Dr. JO Yonghyeon, que desenvolveram a base do microscópio holográfico, disseram: “Quando observamos pela primeira vez a ressonância óptica de meios complexos, nosso trabalho recebeu grande atenção da academia. Dos princípios básicos à aplicação prática da observação da rede neural abaixo do crânio do rato, abrimos um novo caminho para a tecnologia convergente de neuroimagem cerebral, combinando os esforços de pessoas talentosas nas áreas de física, vida e cérebro Ciência."
O Diretor Associado CHOI Wonshik disse: “Há muito tempo, nosso Centro desenvolve tecnologia de bioimagem superprofundada que aplica princípios físicos. Espera-se que a nossa presente descoberta contribua enormemente para o desenvolvimento da investigação biomédica interdisciplinar, incluindo a neurociência e a indústria da metrologia de precisão.”
Jornal de referência:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Imagens cerebrais através do crânio in vivo em comprimentos de onda visíveis por meio de microscopia óptica adaptativa de redução de dimensionalidade. Os avanços da ciência, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
