Todos os anos, o Prêmio Global de Microscopia de Luz das Ciências da Vida para a Imagem do Ano (IOTY) da Olympus reconhece o que há de melhor em imagens das ciências da vida. As imagens vencedoras são cuidadosamente selecionadas por um júri internacional de especialistas em ciências e artes.

Nos últimos meses, celebramos as imagens vencedoras do nosso concurso IOTY 2020 compartilhando as histórias por trás delas. Até agora, compartilhamos histórias dos três vencedores regionais das Américas, Ásia-Pacífico e EMEA (Europa, Oriente Médio e África). Hoje temos uma última história para compartilhar: o vencedor global.

Nosso júri selecionou Werner Zuschratter da Alemanha como o vencedor global por sua imagem confocal de um embrião inteiro de rato. Nesta imagem colorida e marcante, dois canais mostram diferentes cores de autofluorescência do tecido, enquanto o terceiro canal mostra o esqueleto tingido pelo vermelho de alizarina. Conversamos com Werner para saber mais sobre a imagem vencedora e conhecer sua perspectiva sobre a arte da ciência.

P: Você pode nos contar sobre sua formação científica?

R: Estudei biologia com foco em neurobiologia na TU Darmstadt. Em 1992, me mudei para Magdeburg, Alemanha, para o atual Instituto Leibniz de Neurobiologia (LIN) e assumi a gestão de um laboratório especial para microscopia eletrônica e microscopia de escaneamento a laser. O LIN é um instituto de pesquisa para aprendizado e memória com grande necessidade de técnicas de formação de imagem para explorar as relações estruturais e funcionais da plasticidade em todos os níveis (ou seja, desde o nível molecular e celular até imagens de pequenos animais e formação de imagem humana com ressonância magnética).

Para fazer a ponte entre as várias modalidades, há alguns anos fundamos uma instalação central abrangente chamada Combinatorial NeuroImaging (CNI) Core Facility. Coordeno esta instalação com um colega da área de formação de imagens humanas. A CNI disponibiliza infraestruturas e treinamentos para aproximadamente 150 usuários por ano. Os cientistas da CNI também realizam seus próprios projetos de pesquisa.

Além de formação de imagens de alta resolução e da observação de processos dinâmicos, meus interesses na área de pesquisa estão focados na análise funcional de processos metabólicos usando microscopia de formação de imagem de fluorescência (FLIM) de resolução temporal por tempo de vida para formação de imagem de dinucleótido de nicotinamida e adenina (NADH) e dinucleótido de flavina e adenina (FAD). Para isso, desenvolvemos um detector quântico ultrassensível chamado LINCam.

P: O que sua imagem vencedora mostra?

R: A imagem mostra um feto de rato que foi registrado como pilhas individuais de imagens (7 × 13 pilhas com 168 planos focais cada) usando um microscópio confocal e depois montadas para formar uma imagem geral. O requisito total de memória do conjunto de dados original é de 22,9 GB.

As imagens individuais foram gravadas sequencialmente em diferentes faixas espectrais (azul, verde e vermelho), com dois dos três canais mostrando autofluorescência do tecido e o terceiro canal mostrando coloração esquelética com vermelho de alizarina. A amostra foi originalmente preparada em um antigo projeto de pesquisa para explorar os efeitos de medicamentos no desenvolvimento embrionário.

Reutilizei a amostra para testar a qualidade dos métodos de clareamento para formação de imagens de corpo inteiro (com microscópios confocal ou Light Sheet), para extrair informações de autofluorescência em experimentos de formação de imagem sem marcação em combinação com coloração histoquímica e para discernir diferentes espécies autofluorescentes usando técnicas avançadas de microscopia espectral e de resolução temporal (por exemplo, FLIM).

O vencedor global da IOTY 2020, Werner Zuschratter, capturou uma imagem confocal de 3 canais em grande escala de um embrião inteiro de rato fixo e clareado.

Abaixo estão os detalhes técnicos das etapas de formação de imagens:

Procedimento de formação de imagem:

• Escaneamento de blocos de 7 × 13 pilhas com 168 planos focais, cada um com tamanho da etapa de 20 µm
• Ampliação: objetiva 5 × e abertura numérica (NA) 0,15
• Valores de cinza: 12 bits
• Tamanho da imagem: 2329 µm × 2329 µm × 3360 µm por pilha
• Resolução de pixels: 512 × 512 por bloco com média de linha: 3
• Requisitos de memória: 252 MB por pilha; 22,9 GB para todas as pilhas
• Excitação: canal 1: 405 nm; canal 2: 483 nm; canal 3: 568 nm
• Detecção: canal 1: 430–470 nm; canal 2: 496–541; canal 3: 641–690 nm

Pós-processamento:

Para pós-processamento (por exemplo, projeções em Z, mistura de pilhas e ajuste de cor/contraste), usei os softwares ImageJ/Fiji e Adobe Photoshop.

P: Por que você decidiu enviar esta imagem?

R: É um desafio capturar uma amostra amplamente transparente desse tamanho completamente em 3D com um microscópio e diferenciar os tecidos por sua autofluorescência específica (seja por separação espectral ou por tempo de vida).

Por esse motivo, reutilizamos amostras antigas originalmente preparadas para estudos de desenvolvimento e as fotografamos usando microscopia confocal e Light Sheet de resolução temporal. Os escaneamentos resultaram em imagens impressionantes que emanam algo excepcionalmente estético, mas também estimulam a reflexão. Por isso, pensei que uma das fotos poderia ser elegível para enviar ao concurso.

P: O que a arte da ciência significa para você?

R: É um desafio capturar uma amostra amplamente transparente desse tamanho completamente em 3D com um microscópio e diferenciar os tecidos por sua autofluorescência específica (seja por separação espectral ou por tempo de vida).

Quanto a isto, a microscopia oferece uma riqueza de oportunidades para estimular criatividade, inspirar e aguçar o olho para coisas novas. Por exemplo, há três anos realizamos uma exposição de arte com fotos dos nossos usuários em uma galeria para iniciar um diálogo com o público sobre ciência e arte. Também mantemos em nosso instituto uma exposição permanente para visitantes.

P: Onde e quando você aprendeu a usar um microscópio?

R: Meu interesse pela fotografia microscópica despertou durante meus estudos na TU Darmstadt. Naquela época, era comum nos cursos práticos ficar dias sentados ao microscópio e desenhar o que se via pela ocular, um método que não considero o mais adequado para coleta de dados. Felizmente, meu futuro chefe me deixou usar um microscópio de pesquisa equipado com uma câmera analógica e medição automática de exposição.

Durante minha licenciatura e tese de doutorado, fui apresentado ao mundo da microscopia eletrônica. Com o advento dos microscópios confocais na década de 1990, o aprimoramento dos corantes fluorescentes e a introdução de técnicas de marcação biológica molecular, voltei à microscopia de luz com ênfase em processos dinâmicos usando formação de imagens de células vivas.

Como a formação de imagem funcional de células vivas requer baixa exposição de luz para minimizar a fototoxicidade, nossa instalação se concentrou na pesquisa de processos de formação de imagens ultrassensíveis com base no princípio da contagem de fótons únicos. Este esforço por fim resultou no desenvolvimento de uma nova câmera para FLIM, a LINCam.

P: Quais microscópios você usa no seu trabalho e o que você gosta nos microscópios da Olympus?

R: Além de um microscópio eletrônico, nosso departamento tem vários microscópios de fluorescência. Dentre eles temos vários microscópios confocal, Light Sheet, STED e FLIM de uma ampla variedade de fabricantes.

O que eu aprecio nos microscópios da Olympus é sua estrutura modular, assim como sua alta transparência e excelente qualidade óptica. Por esses motivos, usamos um microscópio invertido Olympus IX81 com TIRF em uma das nossas configurações de FLIM. Além disso, um dos nossos microscópios Light Sheet é baseado em um microscópio Olympus com zoom MVX10. Durante uma visita recente à sede europeia da Olympus em Hamburgo, na Alemanha, testamos nossa LINCam em um microscópio de disco giratório confocal SpinSR10 e vimos o excelente desempenho e as possibilidades que essa combinação oferece para aplicações de FLIM 3D.

P: Há alguém a quem você gostaria de agradecer pelo apoio?

R: Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos jurados pela honra que o prêmio IOTY global representa. Também quero agradecer à minha equipe da CNI Core Facility por sua excelente cooperação.

A busca pelas melhores imagens de microscopia de luz continua

As histórias por trás das imagens vencedoras do prêmio IOTY continuam a nos inspirar a ver a beleza encontrada sob o microscópio. Se você tiver imagens do seu próprio microscópio para compartilhar, recomendamos que envie seu melhor trabalho (até 3 imagens) para nosso concurso IOTY 2021!

E já que você vai enviar suas imagens, não se esqueça de baixar nossa coleção de imagens IOTY para inspirar suas formações de imagens de microscópio. Encontre fundos virtuais para adicionar um pano de fundo ousado às suas reuniões online, bem como papéis de parede para embelezar suas telas de celular e PC.

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