Cámara sin lente que captura detalles 3D a nivel celular en tejido vivo podría convertirse en una valiosa herramienta de endoscopia

Los científicos han desarrollado una cámara pequeña y económica para monitorear la actividad biológica que no puede ser capturada por instrumentos convencionales. El dispositivo eventualmente podría usarse para buscar signos de cáncer o sepsis o convertirse en una valiosa herramienta de endoscopia.

Bio-FlatScope, la última iteración de microscopía sin lentes que se está desarrollando en la Universidad Rice (Houston, TX, EUA), captura detalles 3D a nivel celular en tejido vivo y se probó en criaturas vivas. El equipo de investigación también ha desarrollado FlatCam, un dispositivo sin lentes que canaliza la luz a través de una máscara y directamente hacia un sensor de cámara, dirigido principalmente hacia el mundo en general. Las imágenes sin procesar parecían estáticas, pero un algoritmo personalizado usó los datos que contenían para reconstruir lo que vio la cámara. El nuevo dispositivo mira hacia adentro para obtener imágenes de objetivos a escala micrométrica, como células y vasos sanguíneos dentro del cuerpo, incluso a través de la piel. Bio-FlatScope captura imágenes que ninguna cámara con lente puede ver, mostrando, por ejemplo, cambios dinámicos en las neuronas marcadas con fluorescencia en ratones que corren.

Una ventaja sobre otros microscopios es que la luz capturada por Bio-FlatScope se puede reenfocar después del hecho para revelar detalles en 3D. Y sin lentes, el campo de visión del visor es del tamaño del sensor (a corta distancia del objetivo) o más ancho, sin distorsión. Según los investigadores, un Bio-FlatScope pequeño y de bajo costo podría, eventualmente, buscar signos de cáncer o sepsis o convertirse en una herramienta valiosa para la endoscopia. El estudio de prueba de concepto del equipo también tomó imágenes de plantas, hidras e incluso, hasta cierto punto, de un ser humano.

El mecanismo combina una máscara de fase sofisticada para generar patrones de luz que caen directamente sobre el chip, según los investigadores. La máscara de la FlatCam original se parece a un código de barras y limita la cantidad de luz que pasa al sensor de la cámara. Pero no funciona bien para muestras biológicas. La máscara de fase Bio-FlatScope se parece más al mapa aleatorio de un paisaje natural, sin líneas rectas. En el sensor, la luz que pasa a través de la máscara aparece como una función de dispersión de puntos, un par de manchas borrosas que parecen inútiles pero que en realidad son clave para adquirir detalles sobre objetos por debajo del límite de difracción que son demasiado pequeños para que los vean muchos microscopios. El tamaño, la forma y la distancia de las manchas entre sí indican qué tan lejos está el sujeto del plano focal. El software reinterpreta los datos en una imagen que se puede volver a enfocar a voluntad.

Para probar el Bio-FlatScope, los investigadores primero capturaron las estructuras celulares en un lirio de los valles y luego la actividad del calcio en una diminuta hidra parecida a una medusa. Luego pasaron a monitorear un roedor corriendo, conectando el Bio-FlatScope al cráneo de un roedor y colocándolo sobre una rueda. Los datos mostraron neuronas con etiquetas fluorescentes en una región del cerebro del animal, conectando la actividad en la corteza motora con el movimiento y resolviendo vasos sanguíneos tan pequeños como 10 micrones de diámetro. El equipo ha identificado las imágenes vasculares como una aplicación clínica potencial del Bio-FlatScope y cree que también podría ser una buena herramienta para ver signos de sepsis o tumores en la mucosa oral. A largo plazo, el equipo ve potencial para una cámara que podría curvarse alrededor de su sujeto, como el tejido cerebral.

“También podrías hacer cosas realmente interesantes doblándolo para lograr un efecto de ojo de pez, o podrías curvarlo hacia adentro y tener una eficiencia de recolección de luz muy alta”, dijo Jacob Robinson, ingeniero eléctrico e informático de la Facultad de Ingeniería George R. Brown de Rice, quien dirigió el esfuerzo reciente para probar Bio-FlatScope en criaturas vivas.

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Universidad Rice