Novo tipo de microscópio enxerga através do crânio

O segredo da inovação está em um sistema usado na astronomia para corrigir influências da atmosfera sobre a luz captada pelos telescópios.
[Imagem: Seokchan Yoon et al. - 10.1038/s41467-020-19550-x]

Microscópio de matriz de reflexão

A equipe do professor Seokchan Yoon, do Instituto de Ciência Básica em Seul (Coreia do Sul) fez um grande avanço na coleta de imagens de tecidos profundos do corpo.

Eles desenvolveram um novo tipo de microscópio óptico - de luz visível - que consegue obter imagens através de um crânio intacto, gerando um mapa das redes neurais nos tecidos cerebrais, sem perder a resolução espacial.

Este novo microscópio foi batizado de "microscópio de matriz de reflexão" e combina as capacidades de hardware com a óptica adaptativa computacional, que é uma tecnologia desenvolvida originalmente para astronomia, para corrigir as aberrações geradas pela atmosfera.

Enquanto o microscópio confocal convencional mede a reflexão do sinal apenas no ponto focal de iluminação, descartando toda a luz fora de foco, o novo microscópio de matriz de reflexão registra todos os fótons espalhados em posições diferentes do ponto focal. Os fótons espalhados são então corrigidos computacionalmente usando um novo algoritmo, chamado "acumulação de espalhamento único em circuito fechado" (CLASSE, na sigla em inglês), que a própria equipe desenvolveu.

O algoritmo aproveita toda a luz para extrair seletivamente os fótons de maior energia e corrigir aberrações ópticas até 10 vezes mais sérias do que nos sistemas tradicionais. Em comparação com os sistemas de microscopia convencionais, que requerem refletores semelhantes a pontos brilhantes ou objetos fluorescentes como estrelas-guia, de forma semelhante ao uso em astronomia, o microscópio de matriz de reflexão funciona sem qualquer marcação fluorescente e sem depender das estruturas do alvo.

No que antes não se via nada (b), agora as estruturas neurais aparecem claramente (c).
[Imagem: Seokchan Yoon et al. - 10.1038/s41467-020-19550-x]

Imagens de dentro do crânio

O novo microscópio de matriz de reflexão tem a grande vantagem de poder operar em conjunto com um microscópio convencional de dois fótons, que já é amplamente utilizado no campo das ciências da vida. Para remover a aberração experimentada pelo feixe de excitação do microscópio de dois fótons, a equipe implantou a óptica adaptativa baseada em hardware dentro do microscópio de matriz de reflexão, para neutralizar a aberração gerada pelos ossos do crânio.

Os testes, feitos em camundongos, mostraram imagens inéditas do interior do cérebro do animal, que até hoje não podiam ser obtidas mantendo o animal vivo.

"Ao corrigir a distorção da frente de onda, podemos focar a energia da luz no local desejado dentro do tecido vivo. Nosso microscópio nos permite investigar estruturas internas finas nas profundezas dos tecidos vivos que não podem ser resolvidas por qualquer outro meio. Isso nos ajudará muito no diagnóstico precoce de doenças e a agilizar a pesquisa neurocientífica," disse o professor Lee Hojun, membro da equipe.

Os pesquisadores agora pretendem miniaturizar o microscópio e aumentar sua velocidade de geração de imagens. O objetivo é o desenvolvimento de um microscópio com alta profundidade de imagem para uso em clínicas.