La Universidad Rockefeller desarrolla la plataforma TrUDI para la obtención de imágenes cerebrales profundas

Reconstruir la óptica de tres fotones desde cero

Obtener imágenes de neuronas individuales dentro de tejido vivo plantea un desafío físico persistente, porque las estructuras cerebrales de los mamíferos dispersan la luz. A medida que los haces ópticos penetran más profundamente en el tejido, la luz dispersada genera un resplandor de fondo que enmascara la actividad celular. Los microscopios estándar de dos fotones suelen alcanzar profundidades de unos 0,8 milímetros, mientras que las configuraciones convencionales de tres fotones habían llegado a límites de registro funcional de aproximadamente 1,2 milímetros, por debajo del umbral físico teórico de 2,3 milímetros en tejido de ratón, según informa MedicalXpress.

Para salvar esa brecha, un equipo de investigación dirigido por Alipasha Vaziri, jefe del Laboratorio de Neurotecnología y Biofísica de la Universidad Rockefeller, desarrolló una invención óptica denominada Three-photon Ultra-Deep Imaging, o TrUDI. En lugar de adaptar componentes comerciales existentes, el grupo modeló computacionalmente los límites de propagación óptica y construyó la configuración del hardware desde cero.

«Queríamos adoptar un enfoque desde cero».

— Alipasha Vaziri, jefe del Laboratorio de Neurotecnología y Biofísica de la Universidad Rockefeller

Mayor energía por pulso y escaneo dirigido de células

La excitación multifotónica requiere una alta intensidad láser, pero aumentar la potencia láser media sobrecalienta y daña las células cerebrales vivas. El equipo de ingeniería resolvió esta barrera operativa emitiendo menos pulsos láser que portan una energía individual sustancialmente mayor, manteniendo así la carga térmica media global dentro de umbrales seguros.

Los investigadores también modificaron la forma en que el microscopio enfoca la luz y escanea el tejido. El sistema incorpora un mecanismo de excitación que detecta células individuales y dispara el haz láser solo cuando barre esas neuronas objetivo. Este enfoque de escaneo selectivo reduce hasta un 80 por ciento la exposición total del tejido a la radiación láser durante experimentos prolongados de imagen, como detalla MedicalXpress.

Captar señales intactas del hipocampo y el estriado

La plataforma prototipo personalizada logró un aumento de 250 veces en la eficiencia de imagen en comparación con configuraciones anteriores de tres fotones. Ese rendimiento permitió a los investigadores registrar la actividad funcional en toda la corteza del ratón e inspeccionar estructuras más profundas, como el hipocampo y el estriado, sin extirpar el tejido cortical cerebral suprayacente.

Los ensayos experimentales documentados en el estudio siguieron la actividad neuronal en ratones que expresaban indicadores fluorescentes como GCaMP8m y la proteína fluorescente verde Thy1-EGFP. El equipo demostró imágenes volumétricas en un campo de visión de 230 por 230 por 1.680 micrómetros cúbicos, captando señales celulares transitorias individuales que antes quedaban ocultas por la dispersión óptica, según MedicalXpress, lo que supone una innovación biomédica significativa para la neuroimagen de tejidos profundos.

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