video: Neuronal somata, neuronal processes and blood cells deep inside deep brain areas of a living mouse. The images were obtained via a single multimode fiber. view more
Credit: Sergey Turtaev, Ivo T. Leite, Tristan Altwegg-Boussac, Janelle M.P. Pakan, Nathalie L. Rochefort, Tomas Cizmar
Ao utilizar uma fibra ótica da espessura de um cabelo, os investigadores conseguem observar regiões no interior do cérebro de um animal vivo como se espreitassem através de uma fechadura. Métodos recentemente introduzidos baseados no controlo holográfico da propagação de luz em meios complexos permitem utilizar uma fibra ótica multimodo como um endoscópio. Baseados nesta nova abordagem, os cientistas desenvolveram um sistema compacto capaz de realizar microscopia de fluorescência na ponta de uma fibra ótica. Este método causa um mínimo de lesões no organismo e oferece maior resolução quando comparado com endoscópios convencionais baseados em bundles de fibra ótica ou em lentes com gradiente de índice de refração.
"Estamos muito entusiasmados por ver a nossa tecnologia dar os primeiros passos na direção de aplicações práticas em neurociência", diz-nos o Dr. Sergey Turtaev do Leibniz-IPHT, autor principal do artigo científico. "Pela primeira vez, mostrámos que é possível examinar as regiões mais profundas do cérebro de um animal vivo de forma minimamente invasiva, ao mesmo tempo que obtemos imagens de elevada resolução", acrescenta outro investigador do IPHT, Dr. Ivo T. Leite. Os cientistas Sergey e Ivo trabalham no grupo de investigação do Professor Tomas Cizmar, que desenvolveu o método holográfico que permite transmitir imagens através de uma única fibra ótica. Utilizando esta técnica, a equipa conseguiu obter com sucesso imagens de células cerebrais e de processos neuronais no córtex visual e no hipocampo em animais vivos, com resolução próxima de 1 micrómetro (isto é, um milésimo de milímetro). Observações detalhadas destas regiões são cruciais na investigação da perceção sensorial, da formação de memória e de doenças neuronais severas, tais como a de Alzheimer. Os métodos de investigação atuais são extremamente invasivos, pelo que não é possível observar redes neuronais nestas regiões profundas do cérebro sem danificar gravemente os tecidos em redor - os endoscópicos convencionais, compostos por centenas de fibras óticas, são demasiado grandes para penetrar regiões do cérebro tão sensíveis e, por outro lado, as estruturas neuronais são demasiado ínfimas para poderem ser visualizadas através de técnicas não-invasivas, tais como a ressonância magnética nuclear (RMN).
"Esta abordagem minimamente invasiva irá permitir aos neurocientistas investigar as funções neuronais das estruturas mais profundas do cérebro de animais enquanto estes se comportam livremente: irá ser possível desvendar a atividade destes circuitos neuronais enquanto o animal explora o ambiente em seu redor ou enquanto aprende uma nova tarefa, sem que as redes neuronais sejam perturbadas", explica a Dra. Nathalie Rochefort da Universidade de Edimburgo. Tendo este trabalho como ponto de partida, a equipa de investigação quer agora envolver-se nos atuais desafios da neurociência, o que implicará a aplicação de técnicas de microscopia avançadas através de uma única fibra ótica. "Este trabalho resulta de muitos anos de esforços na exploração dos princípios de fotónica avançada na neurociência. Sob a divisa Photonics for Life (Fotónica para a Vida) do Leibniz-IPHT, e no âmbito do projeto LIFEGATE do Conselho Europeu de Investigação (ERC), iremos empenhar-nos em acrescentar muitos mais avanços significativos a este resultado, essencialmente aplicando os métodos mais avançados da microscopia moderna na investigação das profundezass de tecidos em organismos vivos e funcionais", conclui o Professor Tomas Cizmar.
###