Un innovador sistema láser avanza en el método de microscopía para revelar mundos celulares ocultos
Un estudio muestra cómo una técnica de microscopía de dos fotones puede hacer visibles tejidos complejos a nivel celular
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Investigadores del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), en colaboración con socios internacionales, han desarrollado un nuevo sistema láser que podría simplificar considerablemente la microscopía bifotónica multicolor. La tecnología se basa en un láser de fibra ultrarrápido compacto y permite visualizar varios tipos de células o estructuras al mismo tiempo, lo que posibilita el estudio de interacciones complejas dentro de los tejidos. Este método también podría aplicarse a la investigación médica. El equipo, dirigido por investigadores del Centro Médico Universitario de Hamburgo-Eppendorf (UKE) y del DESY, publica sus resultados en la revista Laser & Photonics Reviews.
Una plataforma láser optimizada computacionalmente crea tres colores de luz ultrarrápida adaptados con precisión (arriba), que se utilizan para iluminar tejido biológico y excitar diferentes marcadores fluorescentes simultáneamente. Cada color resalta selectivamente un tipo distinto de estructura celular. Las imágenes resultantes (abajo) muestran neuronas densamente empaquetadas, células gliales de soporte y núcleos celulares, así como estructuras en el tejido renal de ratones, lo que permite a los investigadores observar cómo se organizan e interactúan los distintos tipos celulares.
Marvin Edelmann, DESY
La microscopía de dos fotones es una herramienta importante en la investigación biomédica moderna. Permite obtener imágenes tridimensionales de alta resolución de tejidos y estructuras celulares. La técnica resulta especialmente potente cuando es posible visualizar simultáneamente varios componentes celulares en distintos colores. En la práctica, sin embargo, esta microscopía bifotónica multicolor es muy exigente desde el punto de vista técnico, ya que suele requerir múltiples y costosos sistemas láser, cada uno de los cuales produce luz de un color diferente.
El estudio, dirigido por el investigador del DESY Marvin Edelmann y el científico del UKE Andreu Matamoros-Angles, presenta un enfoque que reduce significativamente esta complejidad. En el proyecto interdisciplinar, físicos especializados en láser del Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL) -una institución conjunta del DESY, la Sociedad Max Planck y la Universidad de Hamburgo- trabajaron conjuntamente con investigadores del Instituto de Neuropatología del UKE y de la Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya (UVic-UCC), que contribuyeron a la preparación y análisis de muestras biológicas. La colaboración refleja un esfuerzo más amplio del DESY por desarrollar tecnologías láser en estrecha colaboración con otras instituciones de investigación de Hamburgo.
En lugar de combinar varios láseres, el sistema utiliza una única fuente láser ultrarrápida basada en fibra. Gracias a simulaciones específicas y a una configuración óptica especialmente diseñada, los investigadores lograron adaptar con precisión el espectro de banda ancha de los pulsos láser, lo que permitió generar simultáneamente múltiples colores de excitación bien definidos a partir de una única fuente para apuntar selectivamente a diferentes estructuras y dinámicas biológicas.
"El sistema láser se basa en un único láser de fibra cuyo espectro se amplía utilizando una fibra de cristal fotónico especialmente diseñada. El avance clave es que podemos utilizar simulaciones por ordenador para predecir exactamente qué colores generará la fibra. Esto hace que el sistema sea reproducible y práctico", afirma Marvin Edelmann, primer autor del estudio e investigador doctoral en el DESY y la Escuela Max Planck de Fotónica. "Este trabajo muestra cómo pueden utilizarse simulaciones dirigidas para desarrollar una fuente láser de pulso corto compacta y rentable para microscopía bifotónica multicolor", añade Mikhail Pergament, líder del equipo láser en el grupo de Óptica Ultrarrápida y Rayos X (UFOX) del DESY.
La fuente láser genera tres pulsos ultracortos separados espectralmente a unos 960, 1080 y 1175 nanómetros, longitudes de onda especialmente adecuadas para excitar marcadores fluorescentes de uso común. Para probar el sistema, los investigadores examinaron muestras de tejido triplemente marcadas de cerebro, riñón e hígado de ratón. La microscopía bifotónica multicolor permitió visualizar simultáneamente distintas estructuras celulares, como redes neuronales, astrocitos, núcleos celulares, vasos sanguíneos y fibras nerviosas.
"Fuentes láser compactas como ésta harán mucho más accesible la microscopía multifotónica multicolor", afirma Franz X. Kärtner, jefe del grupo UFOX del DESY y catedrático de Física de la Universidad de Hamburgo, donde se realizó el estudio. Markus Glatzel, catedrático y director del Instituto de Neuropatología de la UKE, añade: "Esta tecnología permitirá a los investigadores estudiar procesos biológicos complejos en los que interactúan múltiples tipos de células, por ejemplo en el cerebro o en el tejido tumoral. A largo plazo, podría ayudarnos a comprender mejor los mecanismos de las enfermedades y abrir nuevas vías de diagnóstico y tratamiento. Estos enfoques interdisciplinarios también abren nuevas posibilidades para las investigaciones neuropatológicas resueltas en el tiempo, que dependen en gran medida de los avances en la tecnología láser."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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