La microscopía de tejidos profundos rompe la barrera de los 100 nanómetros

Combinar dos métodos para sortear el dilema de la profundidad

La microscopía de dos fotones estándar ha sido durante mucho tiempo una herramienta básica para obtener imágenes de sistemas vivos, ya que penetra en el tejido biológico con un daño celular mínimo. Sin embargo, observar más profundamente las muestras ha supuesto históricamente renunciar al detalle fino. Los métodos de superresolución de superficie, como la depleción por emisión estimulada (STED) y la microscopía de localización fotoactivada (PALM), pueden resolver estructuras muy por debajo de los 100 nanómetros, pero no logran mantener esa nitidez al adentrarse en tejidos gruesos, según un informe de Phys.org.

La nueva invención óptica cierra esa brecha de rendimiento. Desarrollada por un equipo dirigido por Aart Verhoef, profesor adjunto de biofotónica en la Universidad de Texas A&M, la plataforma combina dos protocolos ópticos directamente en un sistema de dos fotones estándar: la microscopía de barrido de imágenes excitada por dos fotones y la imagen de fluctuación óptica de superresolución. El sistema híbrido resultante se denomina 2PE-ISM-SOFI.

«Esta técnica se basa en dos técnicas de microscopía que estaban limitadas por la profundidad y el detalle, pero esta técnica nos permite mirar dentro del tejido y mejora la resolución».

— Aart Verhoef, profesor adjunto de biofotónica en la Universidad de Texas A&M

Lograr una resolución de 75 nanómetros con puntos cuánticos

Al superponer ambas técnicas en un único equipo multifotón, el equipo de investigación alcanzó una resolución lateral de aproximadamente 75 nanómetros, unas cinco veces más nítida que la de los sistemas convencionales de dos fotones. Esta escala corresponde a estructuras aproximadamente mil veces más finas que un cabello humano.

Para demostrar el prototipo del equipo de imagen, los investigadores analizaron neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo ventral de ratón cultivadas. El equipo marcó estructuras de tubulina celular con puntos cuánticos QD625, lo que permitió seguir la fluctuación óptica bajo excitación multifotón, según informó Phys.org. El autor principal, Anton Classen, y sus colegas mostraron que el equipo podía resolver finas redes intracelulares que normalmente se difuminan hasta formar masas uniformes en los sistemas multifotón convencionales de tejidos profundos.

De la neurología a la biología vegetal

El avance se basa en un trabajo experimental preliminar que el equipo de Texas A&M publicó por primera vez en 2024 en la revista PRX Life. Aunque el último estudio se centró en estructuras neuronales, la innovación biofotónica subyacente fue diseñada para abordar los límites prácticos de observación en múltiples campos científicos, incluidos la ciencia del suelo y la agricultura.

La coautora Alma Fernandez Gonzalez, investigadora de biofotónica en el Departamento de Ciencias del Suelo y Cultivos de Texas A&M, señaló que el despliegue práctico en diversas disciplinas requerirá un mayor refinamiento técnico. En adelante, el equipo de investigación planea adaptar el sistema óptico para estudiar redes de raíces, interacciones entre plantas y microbios y patologías tempranas directamente dentro de tejidos vegetales vivos intactos, sin necesidad de realizar cortes físicos, según Phys.org.

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