Abstract

The resolution of fluorescence microscopy images is limited by the physical properties of light. In the last decade, numerous super-resolution microscopy (SRM) approaches have been proposed to deal with such hindrance. Here we present Mean-Shift Super Resolution (MSSR), a new SRM algorithm based on the Mean Shift theory, which extends spatial resolution of single fluorescence images beyond the diffraction limit of light. MSSR works on low and high fluorophore densities, is not limited by the architecture of the optical setup and is applicable to single images as well as temporal series. The theoretical limit of spatial resolution, based on optimized real-world imaging conditions and analysis of temporal image stacks, has been measured to be 40 nm. Furthermore, MSSR has denoising capabilities that outperform other SRM approaches. Along with its wide accessibility, MSSR is a powerful, flexible, and generic tool for multidimensional and live cell imaging applications.

The presented Mean-Shift Super Resolution (MSSR) algorithm can extend spatial resolution within a single microscopy image. Its applicability extends across a wide range of experimental and instrumental configurations and it is compatible with other super-resolution microscopy approaches.

Details

Title
Extending resolution within a single imaging frame
Author
Torres-García, Esley 1   VIAFID ORCID Logo  ; Pinto-Cámara, Raúl 1   VIAFID ORCID Logo  ; Linares, Alejandro 2 ; Martínez, Damián 3   VIAFID ORCID Logo  ; Abonza, Víctor 3 ; Brito-Alarcón, Eduardo 3   VIAFID ORCID Logo  ; Calcines-Cruz, Carlos 4   VIAFID ORCID Logo  ; Valdés-Galindo, Gustavo 5 ; Torres, David 3 ; Jabloñski, Martina 6 ; Torres-Martínez, Héctor H. 7   VIAFID ORCID Logo  ; Martínez, José L. 8 ; Hernández, Haydee O. 9   VIAFID ORCID Logo  ; Ocelotl-Oviedo, José P. 3 ; Garcés, Yasel 10 ; Barchi, Marco 11   VIAFID ORCID Logo  ; D’Antuono, Rocco 12   VIAFID ORCID Logo  ; Bošković, Ana 13 ; Dubrovsky, Joseph G. 7   VIAFID ORCID Logo  ; Darszon, Alberto 8 ; Buffone, Mariano G. 6 ; Morales, Roberto Rodríguez 14 ; Rendon-Mancha, Juan Manuel 15 ; Wood, Christopher D. 3   VIAFID ORCID Logo  ; Hernández-García, Armando 5 ; Krapf, Diego 16   VIAFID ORCID Logo  ; Crevenna, Álvaro H. 13   VIAFID ORCID Logo  ; Guerrero, Adán 3 

 Universidad Autónoma del Estado de Morelos, Centro de Investigación en Ciencias, Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.412873.b) (ISNI:0000 0004 0484 1712); Universidad Nacional Autónoma de México, Laboratorio Nacional de Microscopía Avanzada, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Laboratorio Nacional de Microscopía Avanzada, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001); Marine Biological Laboratory, Analytical and Quantitative Light Microscopy, Woods Hole, USA (GRID:grid.144532.5) (ISNI:000000012169920X) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Laboratorio Nacional de Microscopía Avanzada, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Ciudad de México, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Instituto de Química. Universidad Nacional Autónoma de México, Departamento de Química de Biomacromoléculas, Ciudad de México, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Instituto de Biología y Medicina Experimental (IBYME‐CONICET), Buenos Aires, Argentina (GRID:grid.464644.0) (ISNI:0000 0004 0637 7271) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Departamento de Biología Molecular de Plantas, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Departamento de Genética del Desarrollo y Fisiología Molecular, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
 Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas, Ciudad de México, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
10  Universidad Nacional Autónoma de México, Laboratorio Nacional de Microscopía Avanzada, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001); Universidad Nacional Autónoma de México, Departamento de Genética del Desarrollo y Fisiología Molecular, Instituto de Biotecnología, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.9486.3) (ISNI:0000 0001 2159 0001) 
11  University of Rome Tor Vergata, Department of Biomedicine and Prevention, Faculty of Medicine, Rome, Italy (GRID:grid.6530.0) (ISNI:0000 0001 2300 0941) 
12  Crick Advanced Light Microscopy Facility, London, UK (GRID:grid.6530.0) 
13  Neurobiology and Epigenetics Unit, European Molecular Biology Laboratory, Monterotondo, Italy (GRID:grid.418924.2) (ISNI:0000 0004 0627 3632) 
14  Instituto de Cibernética, Matemática y Física, Ciudad de la Habana, Cuba (GRID:grid.472559.8) (ISNI:0000 0004 0498 8706) 
15  Universidad Autónoma del Estado de Morelos, Centro de Investigación en Ciencias, Instituto de Investigación en Ciencias Básicas y Aplicadas, Cuernavaca, Mexico (GRID:grid.412873.b) (ISNI:0000 0004 0484 1712) 
16  Colorado State University, Electrical and Computer Engineering and School of Biomedical Engineering, Fort Collins, USA (GRID:grid.47894.36) (ISNI:0000 0004 1936 8083) 
Publication year
2022
Publication date
2022
Publisher
Nature Publishing Group
e-ISSN
20411723
Source type
Scholarly Journal
Language of publication
English
ProQuest document ID
2745195843
Copyright
© The Author(s) 2022. This work is published under http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.