Microscopio holográfico desarrollado en UCLA presenta nuevos detalles de la cabeza giratoria de los espermatozoides
Los científicos han podido observar espermatozoides desde la invención del microscopio óptico. Pero capturar su movimiento de natación único en 3-D ha sido sorprendentemente desafiante, y esa información es valiosa porque podría ayudar a explicar los atributos físicos clave de los espermatozoides sanos y defectuosos.
Ahora, un microscopio desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de la UCLA y el Instituto de Nanosistemas de California de la UCLA ha hecho posible rastrear con precisión el movimiento de las cabezas y colas de los espermatozoides en 3-D con una precisión y un detalle sin precedentes. El dispositivo, que utiliza algoritmos de reconstrucción de imágenes y holografía, se describe en un artículo (PDF) en Light: Science and Applications.
El trabajo fue dirigido por Aydogan Ozcan, profesor de canciller de ingeniería eléctrica e informática y bioingeniería de UCLA y director asociado de CNSI.
La mayoría de los microscopios convencionales en laboratorios y entornos clínicos solo pueden observar el movimiento de los espermatozoides en dos dimensiones a través de un volumen de muestra muy pequeño, y no pueden capturar los detalles del movimiento de los espermatozoides, como el giro de la cabeza del espermatozoide o el rápido movimiento de su cola, o flagelo, que sería visible en 3-D.
Ozcan Lab/UCLA El dispositivo genera datos que permiten al software trazar el movimiento de los espermatozoides en tres dimensiones a lo largo del tiempo.
“Dado que nuestro microscopio holográfico no usa lentes, tiene la capacidad de obtener imágenes de esperma en un volumen de muestra que es aproximadamente 100 veces más grande que el de los microscopios ópticos estándar”, dijo Mustafa Daloglu, estudiante de doctorado de UCLA y primer autor del estudio.
El sistema produce datos que luego se trazan en un gráfico tridimensional, lo que brinda a los científicos una visualización del giro de la cabeza del espermatozoide y los patrones de latido flagelar a lo largo del tiempo.
► Vídeos: Girando cabezas de esperma | Patrones de latido flagelar
La plataforma de imágenes computacionales está hecha de componentes económicos, incluido un chip sensor de imagen, que cuesta unos pocos dólares cada uno y es como los que se usan en las cámaras de los teléfonos móviles, y dos diodos emisores de luz, que se usan para iluminar la muestra.
Para usarlo, los investigadores colocan la muestra de esperma en una cámara de observación (que puede contener más de 30 microlitros), encima del sensor de imagen. Los dos LED están colocados fuera del contenedor y ligeramente inclinados uno hacia el otro para que proyecten sombras de los espermatozoides en movimiento sobre el sensor de imagen.
“Debido a cómo se colocan los dos LED, cada espermatozoide individual genera dos sombras separadas desde diferentes ángulos, cada una con información holográfica que se usa para reconstruir una imagen digital en 3D del cuerpo del espermatozoide a través de algoritmos”, dijo Wei Luo, ex Estudiante de doctorado de UCLA y coautor del artículo.
El sistema no solo podrá proporcionar datos tridimensionales útiles para validar modelos y teorías existentes sobre la locomoción de los espermatozoides, sino que también podría conducir a nuevos conocimientos en microrobótica.
“Comprender el giro de la cabeza del espermatozoide y los patrones de latidos del flagelo podría ayudar a los ingenieros a diseñar robots a microescala más avanzados que imitarían la forma en que los espermatozoides se mueven y perciben su entorno”, dijo Ozcan.
Otros miembros del equipo de investigación fueron los estudiantes de UCLA Francis Lin, Inje Lee, Vishwajith Ramesh, Kevin Kim, Jiaqi Jiang, Wenjun Cai y Mengyuan Yu, todos participantes en un programa de investigación y capacitación establecido por Ozcan y financiado por el Instituto Médico Howard Hughes.
La investigación de Ozcan cuenta con el apoyo de un Premio Presidencial de Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros, la Oficina de Investigación del Ejército, la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación Naval, los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Médico Howard Hughes, la Fundación Vodafone Americas, el Mary Fundación Kay y Fundación Steven y Alexandra Cohen.
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