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Neurocientistas da Universidade de Zurique desenvolveram objetivos inovadores para microscopia de luz usando espelhos para produzir imagens. Seu design encontra correspondência em telescópios de espelho usados em astronomia, por um lado, e os olhos de vieiras, por outro. As novas objetivas permitem imagens de alta resolução de tecidos e órgãos em uma variedade muito maior de meios de imersão do que com lentes de microscópio convencionais.
Algumas espécies de mexilhões podem ver. As vieiras, por exemplo, têm até 200 olhos que as ajudam a detectar predadores, como uma estrela do mar que se aproxima. No entanto, os olhos das vieiras diferem significativamente do olho humano. Enquanto em nossos olhos a combinação de córnea e cristalino cria uma imagem na retina, em olhos vieiras a luz é focalizada por um espelho hemisférico.
Imagens ópticas com lentes ou espelhos
Criar imagens com espelhos em vez de lentes é especialmente comum em telescópios astronômicos, a fim de capturar o máximo de luz possível de planetas, estrelas e galáxias. No telescópio Schmidt desenvolvido na década de 1930 por Bernhard Schmidt (1879-1935) e ainda em uso em muitos observatórios hoje, uma fina lente corretiva é combinada com um grande espelho esférico.
Objetivas de espelho raramente são encontradas, no entanto, em microscópios usados para estudar o microcosmo biológico. A maioria das objetivas de microscópio são tão compactas que podem ser facilmente montadas a partir de lentes. No entanto, para obter a mais alta qualidade de imagem, são necessárias de 10 a 15 lentes feitas de diferentes tipos de vidro, todas elas devem ser polidas com precisão e alinhadas com precisão entre si. Com isso, o custo das objetivas de microscópio para pesquisa pode ser equivalente ao de um carro de médio porte, representando uma parcela significativa do custo total de um microscópio.
Compatibilidade com diferentes meios de imersão como obstáculo
Além de seu design complexo, muitas objetivas comerciais têm a desvantagem de serem geralmente projetadas apenas para um meio de imersão específico, como ar, água ou óleo. Isso significa que uma nova objetiva deve ser comprada para amostras que requerem um meio de imersão diferente. Por muito tempo, isso não foi um grande problema, mas nos últimos anos, processos conhecidos como técnicas de limpeza que podem tornar amostras de tecido transparentes têm atraído muito interesse em biologia e patologia. Por exemplo, em vez de preparar laboriosamente finas fatias de tecido de um cérebro de camundongo removido, as técnicas de limpeza podem tornar todo o cérebro transparente. Na patologia, a esperança é que as técnicas de clareamento aumentem a eficiência dos exames de biópsia, possibilitando diagnosticar mais precocemente alterações teciduais malignas, como tumores, por exemplo. Infelizmente, porém, a maioria das técnicas de limpeza usa meios de imersão que são incompatíveis com as objetivas convencionais do microscópio. Isso significa que as vantagens consideráveis das técnicas de limpeza para pesquisa permanecem parcialmente inexploradas.
Microscopia de alta resolução em grandes blocos de tecido transparente
Para contornar as limitações das objetivas dos microscópios convencionais, e inspirado nos olhos das vieiras, que a princípio funcionam como pequenos telescópios subaquáticos Schmidt, o neurocientista e astrônomo amador da UZH, Dr. Fabian Voigt, desenvolveu uma abordagem não convencional: ele percebeu que era possível preencher um Schmidt com um meio de imersão líquido e reduzi-lo ao tamanho de um microscópio. A objetiva resultante é quase um telescópio em miniatura que foi submerso e ainda fornece uma imagem nítida. “É possível projetar uma objetiva Schmidt de forma a fornecer excelente qualidade de imagem em qualquer fluido homogêneo, bem como no ar”, diz Voigt. Isso significa que uma única objetiva Schmidt é compatível com muitas técnicas de limpeza diferentes. A razão para esse recurso incomum é o uso de um espelho em vez de lentes. Um espelho esférico focaliza a luz no mesmo ponto, esteja ele imerso em um líquido ou no ar.
Aplicações versáteis também em diagnósticos médicos
Para demonstrar a versatilidade dessa abordagem inovadora, os pesquisadores que trabalham com Fabian Voigt e o professor Fritjof Helmchen da UZH usaram seu protótipo de objetiva Schmidt para estudar uma variedade de amostras, incluindo cérebros de camundongos, girinos e embriões de galinha. Juntamente com uma equipe da Universidade de Maastricht, eles também foram capazes de analisar amostras de cérebro humano limpas. Além disso, o novo tipo de objetiva também é adequado para medir a atividade neuronal no cérebro de larvas vivas de peixe-zebra. “Em todos os casos, a qualidade da imagem foi equivalente ou até melhor do que a obtida com objetivas convencionais – embora a objetiva Schmidt consista em apenas dois elementos ópticos”, explica Helmchen. Em comparação com as objetivas convencionais, que possuem cerca de uma dúzia de lentes a mais, uma objetiva Schmidt pode, portanto, ser fabricada com muito mais economia.
Aplicações futuras também podem incluir o exame de tecidos tumorais ou a detecção de doenças neurológicas. “A esse respeito, as vieiras podem nos mostrar o caminho para melhorar o diagnóstico médico”, diz Helmchen.
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