Conectómica: desentrañando las conexiones de las redes neuronales
Aplicaciones de microscopía para ciencias de la vida

Conectómica

Desentrañando las conexiones de las redes neuronales

Trabajar en conectómica significa crear mapas exhaustivos de las redes neuronales y del sistema nervioso. Su investigación incluye la identificación y la medición de todas las partes de cada neurona: el cuerpo, las dendritas, la ruta del axón y los patrones bifurcados, así como la combinación de los datos con las sinapsis y las uniones en hendidura de todo el circuito.

Sus desafíos de microscopía son amplios; se requiere una resolución submicrónica en grandes distancias dentro de grandes volúmenes de tejidos densos y complicados.

Sinapsis de cerebro de ratón captadas usando tomografía FIB-SEM
Sinapsis de cerebro de ratón captadas usando tomografía FIB-SEM

Sinapsis de cerebro de ratón captadas usando tomografía FIB-SEM. Cortesía de A.Merchán Pérez, J.R. Rodriguez, L. Alonso-Nanclares, J. DeFelipe, Universidad Politécnica de Madrid, España

Sinapsis de cerebro de ratón captadas usando tomografía FIB-SEM. Cortesía de A.Merchán Pérez, J.R. Rodriguez, L. Alonso-Nanclares, J. DeFelipe, Universidad Politécnica de Madrid, España

Captura de imágenes en 3D con ultrarresolución de neuronas

El microscopio electrónico de barrido (SEM) proporciona la excelente resolución que se necesita para visualizar las conexiones neuronales. Se puede conseguir la captura de imágenes en 3D de ultrarresolución con la captura de imágenes de caras de bloques en serie usando la familia ZEISS GeminiSEM o ZEISS Sigma de microscopios electrónicos integrados con 3View. O se puede usar la tomografía FIB-SEM para la visualización en 3D de neuronas usando ZEISS Crossbeam.

Sección de tejido grande de cerebro de ratón. Cortesía de J. Lichtman, Universidad de Harvard, EE. UU.
Sección de tejido grande de cerebro de ratón. Cortesía de J. Lichtman, Universidad de Harvard, EE. UU.

Sección de tejido grande de cerebro de ratón. Cortesía de J. Lichtman, Universidad de Harvard, EE. UU.

Sección de tejido grande de cerebro de ratón. Cortesía de J. Lichtman, Universidad de Harvard, EE. UU.

Microscopía electrónica de barrido a velocidad récord

ZEISS ha desarrollado una novedosa tecnología SEM de múltiples haces para la captura de imágenes de áreas de muestra grandes, la familia ZEISS MultiSEM. Junto con el ultramicrotomo de recogida de cinta automatizada, que corta la muestra en secciones ultrafinas, MultiSEM acelera drásticamente la adquisición de datos de ultrarresolución en 3D mediante la tomografía de matriz. Ahora, el mapeo de volúmenes grandes de tejido cerebral (1 mm³) a alta resolución está al alcance de la mano.

Sección ultrafina de cerebro de ratón. Cortesía de M. Ocana, Universidad de Harvard, Boston, EE. UU.
Sección ultrafina de cerebro de ratón. Cortesía de M. Ocana, Universidad de Harvard, Boston, EE. UU.

Sección ultrafina de cerebro de ratón. Cortesía de M. Ocana, Universidad de Harvard, Boston, EE. UU.

Sección ultrafina de cerebro de ratón. Cortesía de M. Ocana, Universidad de Harvard, Boston, EE. UU.

Analice información ultraestructural en un contexto más amplio

Puede reunir datos procedentes de campos de visión amplios recopilados con un microscopio widefield, como ZEISS Axio Observer, con la información ultraestructural de un microscopio electrónico de barrido (SEM). El software ZEISS ZEN Connect le permite combinar datos procedentes de cualquier fuente de captura de imágenes de ZEISS y observar las interacciones entre diferentes partes del cerebro y las distintas células neuronales implicadas.

El ejemplo muestra una sección ultrafina de cerebro de ratón. La imagen general (izquierda) se captó con microscopía widefield. Se etiquetó la sinapsina-1 con Alexa Fluor 647 (verde), con las vesículas presinápticas como objetivo, y la gefirina marcada con Alexa Fluor 594 (rojo) para una parte de la red proteica postsináptica. Los núcleos se tiñeron con DAPI (azul). La imagen general se usó para la navegación y la reubicación de regiones de interés. Los recuadros se captaron con microscopía electrónica de barrido (derecha).

Cerebro de ratón Thy1-EGFP depurado con una versión modificada de iDISCO
Cerebro de ratón Thy1-EGFP depurado con una versión modificada de iDISCO

Cerebro de ratón Thy1-EGFP depurado con una versión modificada de iDISCO, captado con microscopía basada en hoja de luz. Cortesía de S. Gandhi, Universidad de California Irvine, EE. UU., y Translucence Biosystems, EE. UU.

Cerebro de ratón Thy1-EGFP depurado con una versión modificada de iDISCO, captado con microscopía basada en hoja de luz. Cortesía de S. Gandhi, Universidad de California Irvine, EE. UU., y Translucence Biosystems, EE. UU.

Captura de imágenes profundas de neuronas fluorescentes con tejido cerebral depurado de forma óptica

Los métodos de limpieza óptica han permitido la microscopía de neuronas con marcado fluorescente en profundidad dentro del cerebro. La microscopía basada en hoja de luz, como con ZEISS Lightsheet 7, o la microscopía confocal, como con la familia ZEISS LSM 9, le permiten conseguir imágenes en 3D nítidas y de alta resolución de neuronas en cerebros depurados en un periodo de tiempo sorprendentemente breve.

  • Cerebro de ratón depurado con CLARITY.

    Neuronas marcadas con Thy1-GFP y adquiridas con microscopía confocal. El conjunto de datos tiene 800 µm de profundidad. Cortesía de T. Ruff, Instituto de Neurobiología Max Planck, Alemania

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