$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
El mapeo exhaustivo de los circuitos neuronales a resolución celular y subcelular es esencial para revelar la estructura y función del cerebro. Los métodos tradicionales de imagen óptica, como la microscopía de dosfotones 1, la tomografía micro-óptica de sección de fluorescencia (fMOST)2,3,4 y el sistemaVISoR 5, han permitido la imagen neuronal a mesoescala y la imagen funcional in vivo. Sin embargo, debido a su dependencia de un marcado escaso, no logran capturar a toda la población celular. Por otro lado, las técnicas de imagen óptica sin marcador, como la microscopía fotoacústica funcional (fPAM)6,7, la tomografía de coherencia óptica (OCT)8 y la microscopía de fasecuantitativa 9, tienen el potencial de visualizar simultáneamente todas las neuronas dentro del campo de visión. No obstante, estos métodos suelen estar limitados por una baja resolución axial y una profundidad de imagen poco profunda, y su complejidad hardware dificulta su aplicación generalizada en la construcción de atlas cerebrales. En contraste, las técnicas de microscopía electrónica de sección en serie (ssEM), incluyendo el SEB de cara de bloque en serie (SBF-SEM)10,11, el SEM de haz de iones enfocado (FIB-SEM)12,13,14 y la ultramicromicrotomía automática de recogida de cinta (ATUM-SEM)15,16,17, puede revelar redes densas de conectividad sináptica a resolución nanométrica, proporcionando herramientas esenciales para la conectómica de alta resolución. Sin embargo, estas técnicas sufren de bajo rendimiento, largos tiempos de adquisición, campos de visión limitados y altos costes de procesamiento y hardware dedatos.
Para superar las limitaciones anteriores, desarrollamos un método de imagen llamado Tomografía de Interferencia Multicapa Óptica (OMLIT), que ofrece una solución de bajo coste y alto rendimiento para la imagen indiscriminada, de alto contraste y campo amplio de todas las células en secciones ultrafinas, logrando una resolución submicronática en grandes áreas tisulares. Al mismo tiempo, OMLIT es inherentemente compatible con los flujos de trabajo de SEB en secciones seriales: antes de la microscopía electrónica de alta resolución, OMLIT proporciona información estructural sobre las mismas secciones, permitiendo una navegación precisa por ROI y reduciendo significativamente el área y el volumen de datos necesarios para la imagen electromagnética posterior. OMLIT ofrece ventajas únicas a nivel de imagen a mesoescala y sirve como un puente crítico que conecta mapas estructurales neuronales a diferentes escalas espaciales. Su naturaleza no destructiva preserva el potencial para futuras integraciones con estrategias específicas de marcado, como el uso de proteínas fluorescentes resistentes alosmio 19 para la preparación y obtención de imágenes de muestras. Este método permite la obtención de imágenes a mesoescala de regiones cerebrales seleccionadas, lo que permite la adquisición rápida de la morfología, cantidad, distribución y densidad neuronal en las regiones. También facilita la caracterización cuantitativa de proyecciones axonales y la distribución de dendritas entre neuronas en diferentes áreas cerebrales. Para regiones específicas de interés en los resultados de imagen, se pueden investigar más a fondo los detalles ultraestructurales in situ mediante microscopía electrónica.
El principio de imagen de OMLIT ha sido descrito en el trabajo de HaoFan 20. Brevemente, durante la imagen, la sección ultrafina, la capa recubierta, la cinta de recogida, la cinta conductora y la oblea forman una estructura de película fina multicapa. Cuando una onda plana interactúa con esta estructura, se generan ondas reflejadas en varias interfaces y se solapan en el espacio de detección, lo que resulta en interferencias ópticas debido a diferencias en reflectancia, índice de refracción y absorción entre los materiales. Un programa de simulación basado en MATLAB desarrollado según este principio demostró una concordancia razonable con los resultados experimentales.
El esquema de imagen OMLIT puede clasificarse en dos tipos según la estrategia de procesamiento de cintas. La primera es la estrategia de alta reflectividad, en la que se utilizan metales como Cr, Cu, Al o Ag para recubrir la superficie de la cinta, lo que resulta en mayores intensidades ópticas en regiones citoplasmáticas y en lumenes vasculares rellenos de resina en comparación con las áreas circundantes. La segunda es la estrategia de baja reflectividad, que emplea cinta Kapton sin recubrimiento, cinta D-50 o cinta PET recubierta con CNT. En este caso, el resultado de imagen óptica es el inverso del primero: regiones libres de membrana ricas en resina (por ejemplo, citoplasma y lumenes vasculares) aparecen con menor intensidad.
Resumimos y establecemos sistemáticamente protocolos estandarizados adaptados a dos estrategias de imagen distintas. Los protocolos presentados aquí ofrecen procedimientos experimentales completos y detallados. Además, se resumen los problemas comunes encontrados durante los experimentos, junto con las soluciones propuestas. Nos centramos en presentar un conjunto de datos de corteza de ratón adquirida mediante la estrategia de baja reflectividad (805 × 857,5 × 11,66 μm³), ilustrando las características distintivas y ventajas del enfoque de imagen OMLIT.