Modelagem dos efeitos da irradiação luminosa no cérebro de camundongos e rastreamento de neurônios durante experimentos de microscopia de fluorescência - Peixoto, Helton Maia (2015)
As proteínas fluorescentes constituem uma ferramenta fundamental em vários campos da biologia, pois permitem enxergar o desenvolvimento de estruturas e processos dinâmicos de células em tecido vivo, com o auxílio da microscopia de fluorescência. A Optogenética é outra técnica que atualmente ganha destaque na Neurociências e que, de forma geral, permite ativar/desativar neurônios a partir da irradiação luminosa de certos comprimentos de onda sobre as células que possuem canais iônicos sensíveis à luz, e ainda pode ser utilizada concomitantemente com as proteínas fluorescentes. Esta tese possui dois objetivos principais. Inicialmente, são estudados os efeitos da interação da luz e o cérebro de camundongos para aplicações em experimentos de Optogenética. Nesta etapa, são modelados, a partir de características do cérebro de camundongos e utilizando a teoria de Kulbelka-Munk, os efeitos de absorção e espalhamento da luz, em comprimentos de onda específicos, em função da distância de penetração no tecido cerebral. Além disso, são modeladas as variações de temperatura utilizando o método dos elementos finitos na resolução da equação de bioaquecimento de Pennes, com o auxílio do COMSOL Multiphysics Modeling Software 4.4, onde são simulados protocolos de estimulação luminosa, tipicamente utilizados em Optogenética. Posteriormente, são desenvolvidos algoritmos computacionais capazes de reduzir a exposição das células nervosas à irradiação luminosa necessária à visualização da fluorescência emitida por elas. Nesta etapa, são descritas as técnicas de processamento digital de imagens desenvolvidas para uso em microscopia de fluorescência, com o intuito de reduzir a exposição das amostras de cérebro à luz contínua, responsável pela excitação dos fluorocromos. As técnicas de processamento de imagens desenvolvidas e utilizadas são capazes de rastrear, em tempo real, uma região de interesse (ROI) e substituir a fluorescência emitida pelas células por uma máscara virtual, como resultado da sobreposição da ROI que está sendo rastreada e a informação de fluorescência previamente armazenada, mantendo a localização das células independentemente do tempo de exposição à luz fluorescente. Em resumo, esta tese pretende entender os efeitos da irradiação luminosa no cérebro, no contexto da Optogenética, além de fornecer uma ferramenta computacional que possa auxiliar certos experimentos em microscopia de fluorescência na redução do desvanecimento (bleaching) das amostras e dos danos (photodamage) causados ao tecido devido à intensa exposição das estruturas fluorescentes à luz.