Al combinar la técnica, denominada microscopía de expansión, con la realidad virtual (RV), los científicos podrán ampliar, explorar y analizar estructuras celulares mucho más allá de las capacidades de la microscopía óptica tradicional.
El desarrollo de estas tecnologías acelerará la comprensión por parte de los investigadores de las enfermedades infecciosas y autoinmunes, y mejorará su capacidad para desarrollar métodos de diagnóstico, prevención y tratamiento de enfermedades.
AMPLIACIÓN DE MUESTRAS EN LA REALIDAD VIRTUAL
Yongxin (Leon) Zhao, profesor adjunto de ciencias biológicas en el Mellon College of Science de la Universidad Carnegie Mellon, ha estado desarrollando la técnica de microscopía de expansión para ampliar físicamente una biopsia, lo que permite a los investigadores observar detalles finos de las muestras biológicas utilizando microscopios estándar.
Zhao hace que las muestras de biopsia aumenten de tamaño transformándolas químicamente en hidrogeles solubles en agua. A continuación, aplica un tratamiento que afloja los tejidos y les permite expandirse más de 100 veces en volumen. Los tejidos y las moléculas de la muestra pueden entonces marcarse, obtener imágenes y compilarse en un conjunto complejo de datos, que se utilizará para estudiar las interacciones entre las células y sus estructuras.
Sin embargo, una limitación de la tecnología es que genera entre dos y tres órdenes de magnitud más datos de los que las técnicas actuales son capaces de interpretar. Para ayudar a resolver ese problema, los investigadores combinaron la microscopía de expansión con una técnica de realidad virtual desarrollada en el Benaroya Research Institute at Virginia Mason (BRI).
Mediante una tecnología de RV desarrollada específicamente para este fin, los investigadores podrán ver y manipular en 3D las imágenes de microscopía de expansión, originalmente en 2D, lo que les proporcionará una vista de 360 grados de la organización e interacción de los tejidos y las proteínas.
“En el BRI prepararemos las muestras vivas de enfermedades infecciosas y autoinmunes”, afirma Caroline Stefani, investigadora posdoctoral sénior. “Las enviaremos a Carnegie Mellon, donde ampliarán las muestras y devolverán las imágenes al BRI para verlas en RV”.
INMERSIÓN EN LOS DATOS
“Este es el futuro de cómo los científicos pueden manejar datos complejos”, afirma Zhao. “Es una experiencia inmersiva, como si estuviera sentado dentro de sus datos. Tiene la libertad de explorar sus datos desde todos los ángulos y en todos los puntos”.
Tom Skillman, antiguo director de tecnología de investigación del BRI, desarrolló la tecnología de realidad virtual y desde entonces ha fundado una empresa de RV, Immersive Science.
“Mi función en esta subvención es desarrollar una herramienta de software que permita a los científicos que estudian enfermedades comprender grandes cantidades de datos mediante una técnica computacional denominada ‘ciencia inmersiva’”, explica Skillman.
“Llevar todos esos datos a la RV no solo permite al científico ver sus imágenes de microscopio en 2D en 3D completo, sino también interactuar con los datos, seleccionar canales, ajustar las vistas, los colores y el contraste, y agarrar y rotar las imágenes para identificar rápidamente los aspectos clave de la imagen que están vinculados a la enfermedad estudiada.”
El objetivo final es que los investigadores compartan la herramienta de RV, denominada ExMicroVR, en plataformas abiertas con otros investigadores, junto con la microscopía de expansión, para que también ellos puedan observar nuevos detalles de los procesos patológicos y comprender conjuntos de datos más grandes y complejos.
El sistema para convertir los datos de microscopía de expansión en imágenes 3D de RV será asequible y fácilmente accesible para investigadores y médicos de países en desarrollo. Además, permitirá que hasta seis personas colaboren y vean la misma muestra de forma remota al mismo tiempo.
La financiación de la investigación procede de Grand Challenges, una iniciativa de la Fundación Bill y Melinda Gates.
