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O mapeamento abrangente dos circuitos neurais em resolução celular e subcelular é essencial para revelar a estrutura e a função do cérebro. Métodos tradicionais de imagem óptica, como a microscopia de doisfótons 1, a tomografia micro-óptica de secção fluorescente (fMOST)2,3,4 e o sistemaVISoR 5, possibilitaram a imagem neuronal em mesoescala e a imagem funcional in vivo. No entanto, devido à dependência de rotulagem esparsa, eles não conseguem capturar toda a população celular. Por outro lado, técnicas de imagem óptica sem marcador, como a microscopia fotoacústica funcional (fPAM)6,7, tomografia de coerência óptica (OCT)8 e microscopia de fasequantitativa 9, possuem o potencial de visualizar simultaneamente todos os neurônios dentro do campo de visão. No entanto, esses métodos são tipicamente limitados por baixa resolução axial e profundidade de imagem rasa, e sua complexidade de hardware dificulta a ampla aplicação na construção de atlas cerebrais. Em contraste, as técnicas de microscopia eletrônica em seção serial (ssEM), incluindo SEB de face de bloco serial (SBF-SEM)10,11, SEM de feixe de íons focados (FIB-SEM)12,13,14 e ultramicromicrotomia automatizada de coleta de fita SEM (ATUM-SEM)15,16,17 , pode revelar redes densas de conectividade sináptica em resolução nanométrica, fornecendo ferramentas essenciais para conectômica de alta resolução. No entanto, essas técnicas sofrem com baixo rendimento, longos tempos de aquisição, campos de visão limitados e altos custos de processamento de dados e hardware.
Para superar as limitações acima, desenvolvemos um método de imagem chamado Tomografia de Interferência Multicamada Óptica (OMLIT), que oferece uma solução de baixo custo e alta capacidade para imagens indiscriminadas, de alto contraste e campo amplo de todas as células em seções ultrafinas, alcançando resolução submicronática em grandes áreas tecidulares. Ao mesmo tempo, o OMLIT é inerentemente compatível com fluxos de trabalho SEM em seções seriadas: antes da microscopia eletrônica de alta resolução, o OMLIT fornece informações estruturais nas mesmas seções, permitindo navegação precisa pelo ROI e reduzindo significativamente a área e o volume de dados necessários para imagens EM subsequentes. O OMLIT oferece vantagens únicas no nível de imagem em mesoescala e serve como uma ponte crítica conectando mapas estruturais neurais em diferentes escalas espaciais. Sua natureza não destrutiva preserva o potencial para futura integração com estratégias específicas de marcação, como o uso de proteínas fluorescentes resistentes aoósmio 19 para preparação e imagem de amostras. Esse método permite a imagem em mesoescala de regiões cerebrais selecionadas, possibilitando a rápida aquisição da morfologia, quantidade, distribuição e densidade neuronal nas regiões. Também facilita a caracterização quantitativa das projeções axonais e da distribuição de dendritos entre neurônios em diferentes áreas cerebrais. Para regiões específicas de interesse nos resultados de imagem, detalhes ultraestruturais in situ podem ser investigados mais a fundo usando microscopia eletrônica.
O princípio de imagem do OMLIT foi descrito no trabalho de HaoFan 20. Brevemente, durante a imagem, a seção ultrafina, camada revestida, fita coletora, fita condutora e pastilha formam uma estrutura de filme fino multicamada. Quando uma onda plana interage com essa estrutura, ondas refletidas são geradas em várias interfaces e se sobrepõem no espaço de detecção, resultando em interferência óptica devido a diferenças de refletância, índice de refração e absorção entre os materiais. Um programa de simulação baseado no MATLAB desenvolvido com base nesse princípio demonstrou concordância razoável com os resultados experimentais.
O esquema de imagem OMLIT pode ser categorizado em dois tipos com base na estratégia de processamento de fita. A primeira é a estratégia de alta refletividade, na qual metais como Cr,, Al ou Ag são usados para revestir a superfície da fita, resultando em intensidades ópticas mais altas nas regiões citoplasmáticas e lúmens vasculares preenchidos com resina em comparação com áreas ao redor. A segunda é a estratégia de baixa refletividade, que utiliza fita Kapton não revestida, fita D-50 ou fita PET revestida com CNT. Neste caso, o resultado da imagem óptica é o oposto do primeiro: regiões ricas em resina e livres de membranas (por exemplo, citoplasma e lúmens vasculares) aparecem com menor intensidade.
Resumimos e estabelecemos sistematicamente protocolos padronizados adaptados a duas estratégias distintas de imagem. Os protocolos apresentados aqui oferecem procedimentos experimentais abrangentes e detalhados. Além disso, questões comuns encontradas durante os experimentos são resumidas, juntamente com soluções propostas. Focamos em apresentar um conjunto de dados do córtex de camundongo adquirido usando a estratégia de baixa refletividade (805 × 857,5 × 11,66 μm³), ilustrando as características e vantagens distintas da abordagem de imagem OMLIT.