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Presentato nella rivista Nature
Methods, il nuovo dispositivo potrebbe
colmare una lacuna delle tecnologie attuali
Nuovo microscopio per vedere subito
le cellule in 3D
24.11 - Scienziati tedeschi e statunitensi hanno fatto ciò che sembrava
impossibile: hanno sviluppato un microscopio all'avanguardia che fornisce
un'immagine tridimensionale (3D) immediata di cellule intatte senza la necessità
di fissarle chimicamente, tagliarle o persino colorarle per studiarle.
Presentato nella rivista Nature Methods, il nuovo dispositivo potrebbe colmare
una lacuna delle tecnologie attuali e rivelarsi utile nelle scienze mediche e
anche nella biologia strutturale. Gli scienziati dell'Istituto per la materia
soffice e i materiali funzionali presso l'Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) in
Germania e del National Cancer Institute negli Stati Uniti hanno studiato nel
loro ambiente naturale cellule intere congelate in modo rapido. Secondo i
ricercatori, le immagini 3D ad alta risoluzione dell'intera cellula vengono
prodotte in un'unica fase. Questo nuovo dispositivo è migliore della microscopia
elettronica poiché, ad esempio, genera immagini 3D delle cellule quando queste
sono intatte. Inoltre, esso è più veloce della microscopia elettronica, con la
quale un ricercatore può impiegare anche settimane per produrre un'immagine 3D
di una sola cellula. Il nuovo microscopio supera anche la microscopia a
fluorescenza, che permette ai ricercatori di vedere solo strutture marcate dopo
che sono state colorate.
Traendo vantaggio dal contrasto naturale tra il materiale organico e l'acqua,
hanno detto, il team ha potuto formare un'immagine di tutte le strutture
cellulari. I ricercatori hanno ricostruito cellule di adenocarcinoma di topo in
tre dimensioni. Essi sono stati persino in grado di vedere i più piccoli
dettagli delle cellule, compresi i pori nucleari nell'involucro nucleare, la
doppia membrana del nucleo della cellula, le invaginazioni della membrana
mitocondriale interna, i canali della membrana nel nucleo e le inclusioni negli
organelli cellulari come i lisosomi.
I raggi X hanno creato immagini dell'ultrastruttura delle cellule fino a 30
nanometri (10 nanometri equivalgono a circa 1 decimillesimo della larghezza di
un capello umano). L'ultrastruttura è la struttura dettagliata di un campione
biologico che non è visibile con un microscopio ottico. Il team ha utilizzato
una luce parzialmente coerente per illuminare le minuscole strutture
dell'oggetto congelato e idratato e ottenere l'alta risoluzione 3D. Per produrre
la luce è stata utilizzata la sorgente di sincrotrone dell'HZB, chiamata BESSY
II. I ricercatori hanno spiegato che la coerenza parziale è la proprietà di due
onde la cui fase relativa subisce oscillazioni casuali che non sono sufficienti
a generare un'onda completamente incoerente. Utilizzando questo approccio
associato a lenti ad alta risoluzione, essi sono riusciti a visualizzare le
ultrastrutture delle cellule con un contrasto eccezionale.
Nello studio si legge: "Abbiamo costruito un microscopio a trasmissione di raggi
X soffici che sfrutta i miglioramenti delle tecniche di nanofabbricazione, che
permettono di produrre obiettivi a raggi X con risoluzioni maggiori e con
larghezze delle zone estreme minori. Abbiamo combinato questo obiettivo ad alta
risoluzione con l'illuminazione parzialmente coerente del campione invece
dell'obiettivo a bassa risoluzione e l'illuminazione semi-incoerente usato nei
precedenti progetti. Anche se la coerenza parziale diminuisce la risoluzione
massima possibile rispetto all'incoerenza, essa fornisce un contrasto nettamente
maggiore tra le frequenze spaziali medie e quelle più alte. Di conseguenza, la
combinazione della coerenza parziale con un obiettivo con migliore risoluzione
dovrebbe produrre un maggiore contrasto per le caratteristiche più piccole".
Secondo i ricercatori, questi ultimi sviluppi offriranno al mondo della medicina
delle informazioni chiave sui processi intracellulari, cioè in che modo i virus
o le nanoparticelle penetrano nelle cellule o nel nucleo. E da un punto di vista
generale, essi offriranno un nuovo strumento alla biologia strutturale per
accrescere la comprensione della struttura della cellula.
Info
http://www.helmholtz-berlin.de/forschung/funkma/soft-matter/index_de.html
http://www.nature.com/nmeth/index.html
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