Una comparación de RESORT y una técnica de imagen anterior conocida como Dispersión Raman Estimulada (SRS). Si bien la diferencia puede parecer sutil a primera vista, la imagen más nítida que ofrece RESORT podría ser de gran beneficio para los investigadores que identifican y etiquetan componentes celulares como las mitocondrias. Crédito: ©2023 Ozeki et al.
Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva técnica de imagen llamada RESORT, que combina los beneficios de la fluorescencia de superresolución y la imagen vibratoria. RESORT, que utiliza dispersión Raman basada en láser, permite obtener imágenes de alta resolución espacial sin dañar las muestras, lo que permite la observación de sistemas vivos con un detalle excepcional. Este método innovador podría mejorar significativamente nuestra comprensión de los procesos biológicos complejos.
Hay varias formas de obtener imágenes de muestras biológicas a nivel microscópico, y cada una tiene sus propias ventajas y desventajas. Por primera vez, un equipo de investigadores, incluidos los de la Universidad de Tokio, ha combinado aspectos de dos técnicas de imagen líderes para crear un nuevo método para obtener imágenes y analizar muestras biológicas. Su concepto, conocido como RESORT, allana el camino para observar los sistemas vivos con un detalle sin precedentes.
Desde que la humanidad pudo manipular el vidrio, hemos utilizado dispositivos ópticos para observar el mundo microscópico con cada vez más detalle. Cuanto más podemos ver, más podemos entender, de ahí la presión para mejorar las herramientas que usamos para explorar el mundo que nos rodea y dentro de nosotros. Las técnicas contemporáneas de obtención de imágenes microscópicas van mucho más allá de lo que pueden ofrecer los microscopios tradicionales. Dos tecnologías líderes son las imágenes de fluorescencia de superresolución, que ofrecen una buena resolución espacial, y las imágenes vibratorias, que comprometen la resolución espacial pero pueden usar una amplia gama de colores para ayudar a etiquetar muchos tipos de constituyentes en las células.
Un diagrama para mostrar la descripción básica del sistema. Primero, la muestra se etiqueta con la sonda Raman conmutable. Luego se irradia con pulsos de láser infrarrojo de dos colores, luz ultravioleta y un haz especial de luz visible en forma de rosquilla para restringir el área donde puede ocurrir la dispersión Raman. Como resultado, la sonda se puede detectar en un punto muy preciso para obtener imágenes de alta resolución espacial. Crédito: ©2023 Ozeki et al.
«Estábamos motivados por las limitaciones de este tipo de técnicas de imagen para tratar de crear algo mejor, y con RESORT estamos seguros de que lo hemos logrado», dijo el profesor Yasuyuki Ozeki del Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Tokio. “RESORT son las siglas de Reversible Saturable Optical Raman Transitions y combina los beneficios de la fluorescencia de súper resolución y las imágenes vibratorias sin heredar los perjuicios de ninguna de las dos. Es una técnica basada en láser que utiliza algo conocido como dispersión Raman, una interacción especial entre las moléculas y la luz que ayuda a identificar qué hay en una muestra bajo el microscopio. Realizamos con éxito imágenes RESORT de mitocondrias en células para validar la técnica”.
Hay varios pasos para obtener imágenes de RESORT y, si bien puede parecer complicado, la configuración es menos complicada que las técnicas que pretende reemplazar. En primer lugar, los componentes específicos de la muestra que se visualizarán deben etiquetarse o teñirse con productos químicos especiales llamados sondas Raman fotoconmutables, cuya dispersión Raman puede controlarse mediante los diferentes tipos de luz láser empleados por el RESORT. Luego, la muestra se coloca dentro de un aparato óptico que se usa para iluminar correctamente la muestra y construir una imagen de ella. Para que esto suceda, la muestra se irradia con pulsos láser infrarrojos de dos colores para detectar la dispersión Raman, la luz ultravioleta y un haz especial de luz visible en forma de rosquilla. Juntos restringen el área donde puede ocurrir la dispersión Raman, lo que significa que la etapa final, la generación de imágenes, puede detectar la sonda en el punto más preciso, lo que conduce a una alta resolución espacial.
“No se trata solo de obtener imágenes de alta resolución de muestras microscópicas; después de todo, los microscopios electrónicos pueden visualizar estas cosas con mucho más detalle”, dijo Ozeki. “Sin embargo, los microscopios electrónicos necesariamente dañan o impiden las muestras que observan. A través del desarrollo futuro, agregando más colores a la paleta de la sonda Raman, RESORT podrá visualizar muchos componentes en muestras en vivo en acción para analizar interacciones complejas como nunca antes. Esto contribuirá a una comprensión más profunda de los procesos biológicos fundamentales, los mecanismos de la enfermedad y las posibles intervenciones terapéuticas”.
El objetivo principal del equipo era mejorar las imágenes microscópicas para su uso en el campo de la investigación médica y campos relacionados. Pero los avances que hizo en el diseño de láser también podrían usarse en otras aplicaciones de láser donde se necesita alta potencia o un control preciso, como la ciencia de los materiales.
Referencia: «Imágenes de vibración de súper resolución basadas en una sonda Raman conmutable» por Jingwen Shou, Ayumi Komazawa, Yuusaku Wachi, Minoru Kawatani, Hiroyoshi Fujioka, Spencer John Spratt, Takaha Mizuguchi, Kenichi Oguchi, Hikaru Akaboshi, Fumiaki Obata, Ryo Tachibana, Shun Yasunaga , Yoshio Mita, Yoshihiro Misawa, Ryosuke Kojima, Yasuteru Urano, Mako Kamiya y Yasuyuki Ozeki, 16 de junio de 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.ade9118
Este trabajo fue apoyado por JSPS KAKENHI Grant Número JP20H05724, JP20H05725, JP20H05726, JP19K22242, JP20H02650, JP22H02193 y JP19J22546, por el Programa JSPS Core-to-Core, A. Advanced Research Networks, por JST CREST JPMJCR18 72, por Beca de la Fundación Nakatani para Investigación de Desarrollo Tecnológico (para YO), Fundación Naito (para MK), Fundación Mitsubishi (para MK), Fundación de Ciencias de la Vida Daiichi Sankyo (para MK), Infraestructura de Investigación Avanzada para Materiales y Nanotecnología en Japón (ARIM)” por el Ministerio de Educación , Cultura, Deporte, Ciencia y Tecnología (MEXT) JPMXP1222UT1055, y por el Programa Insignia Quantum Leap de MEXT JPMXS0118067246. JS cuenta con el apoyo de un investigador internacional de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
