En el pasado, se han realizado muchos descubrimientos porque se dispone de métodos de medición mejores y más precisos, lo que hace posible obtener datos de fenómenos previamente inexplorados. Por ejemplo, la microscopía de alta resolución ha comenzado a cambiar drásticamente nuestras perspectivas de la función y dinámica celular. Investigadores del Clúster de Excelencia ImmunoSensation2 de la Universidad de Bonn, el Hospital Universitario y el centro de investigación caesar han desarrollado un método que permite utilizar imágenes multifocales para reconstruir el movimiento de procesos biológicos rápidos en 3D.
Muchos procesos biológicos ocurren en una escala nanométrica a milimétrica y en milisegundos. Los métodos establecidos, como la microscopía confocal, son adecuados para grabaciones 3D precisas, pero carecen de la resolución temporal o espacial para resolver procesos 3D rápidos y requieren muestras etiquetadas. Para muchas investigaciones en biología, la adquisición de imágenes a altas velocidades de cuadro es esencial para registrar y comprender los principios que gobiernan las funciones celulares o los comportamientos rápidos de los animales. El desafío al que se enfrentan los científicos se puede comparar con seguir un emocionante partido de tenis: a veces no es posible seguir la pelota que se mueve rápidamente con precisión, o la pelota no se descubre antes de que ya esté fuera de los límites.
Con los métodos anteriores, los investigadores no pudieron rastrear la toma porque la imagen estaba borrosa o el objeto de interés simplemente ya no estaba en el campo de visión después de que se tomó la imagen. Los métodos de obtención de imágenes multifocales estándar permiten la obtención de imágenes en 3D de alta velocidad, pero están limitados por el compromiso entre alta resolución y gran campo de visión, y a menudo requieren etiquetas fluorescentes brillantes.
Por primera vez, el método aquí descrito permite utilizar imágenes multifocales con un gran campo de visión y una alta resolución espacio-temporal. En este estudio, los científicos rastrean el movimiento de estructuras esféricas y filamentosas no etiquetadas de forma rápida y precisa.
Como se describe de manera muy sorprendente en el estudio, el nuevo método ahora proporciona una nueva visión de la dinámica de los golpes flagelares y su conexión con el comportamiento de nado de los espermatozoides. Esta conexión ha sido posible porque los investigadores pudieron registrar con precisión el latido flagelar de los espermatozoides que nadan libremente en 3D durante un largo período de tiempo y, simultáneamente, seguir las trayectorias de los espermatozoides de los espermatozoides individuales. Además, los científicos determinaron el flujo de líquido 3D alrededor de los espermatozoides que golpeaban. Dichos hallazgos no solo abren la puerta para comprender las causas de la infertilidad, sino que también podrían usarse en la llamada "biónica", es decir, la transferencia de principios que se encuentran en la naturaleza a aplicaciones técnicas.
Los investigadores del Grupo de Excelencia ImmunoSensation2 ya pueden utilizar el nuevo método, y no solo para observar espermatozoides. Este método también podría usarse para determinar los mapas de flujo 3D que resultan del latido de los cilios móviles. Los cilios móviles laten de manera similar a la cola de los espermatozoides y al líquido de transporte. El flujo impulsado por los cilios juega un papel importante en el ventrículo del cerebro o en las vías respiratorias, donde sirve para transportar el moco fuera de los pulmones y hacia la garganta; así es también como los patógenos se transportan y evitan.
El concepto de imágenes multifocales informado en este estudio es rentable, se puede implementar fácilmente y no depende del etiquetado de objetos. Los investigadores afirman que su nuevo método también puede abrirse camino en otros campos, y ven muchos otros potenciales aplicaciones.
