Sin dai suoi inizi oltre 400 anni fa, la microscopia ha fatto passi da gigante, persino azzerando i singoli atomi. Ora, come riferisce Nick Lunn per National Geographic, un nuovo tipo di microscopia sta portando sul campo un altro grande passo avanti, catturando immagini tridimensionali ad alta risoluzione di cellule viventi mentre si muovono e operano all'interno degli organismi.
La maggior parte dei microscopi sono troppo lenti per catturare i movimenti cellulari in 3-D, secondo un comunicato stampa dell'Istituto medico Howard Hughes, che ha collaborato alla nuova macchina. E sebbene i ricercatori abbiano immaginato cellule viventi, è difficile ottenere immagini ad alta risoluzione di gruppi di cellule. La microscopia moderna ad alta potenza bagna anche le cellule in una luce potente, a volte migliaia o milioni di volte più intensa del sole, che può cambiare il loro comportamento o persino danneggiare i piccoli soggetti.
"Ciò solleva il fastidioso dubbio che non stiamo vedendo cellule nel loro stato nativo, felicemente inserite nell'organismo in cui si sono evolute", afferma Eric Betzig, vincitore del premio Nobel per la chimica e leader del team di progetto presso Howard Hughes. "Si dice spesso che vedere sia credere, ma quando si tratta di biologia cellulare, penso che la domanda più appropriata sia: 'Quando possiamo credere a ciò che vediamo?'"
Un problema particolare con il peering all'interno degli organismi viventi è che la superficie del soggetto tende a diffondere la luce, distorcendo l'immagine. E più in profondità guardi, peggio è il problema. Per superare il problema, il nuovo ambito utilizza una tecnica di astrofisica chiamata ottica adattiva. Come i telescopi di nuova generazione a terra che sono in grado di correggere la deformazione dell'immagine causata dall'atmosfera terrestre, l'oscilloscopio può correggere le distorsioni causate dalla dispersione della superficie.
"Se riesci a misurare il modo in cui la luce viene deformata, puoi cambiare la forma dello specchio per creare una distorsione uguale e contraria che poi annulla quelle aberrazioni", dice Betzig a Lunn.
Un'altra tecnica all'avanguardia che aiuta a far funzionare questo nuovo ambito si chiama microscopia a foglio di luce reticolare, una tecnica che Betzig ha aperto la strada all'inizio di questo decennio. Invece di bagnare un campione in raggi dannosi e ad alta intensità, il microscopio spazza un foglio di luce ultrasottile attraverso il campione, generando molte immagini 2D ad alta risoluzione. Questi vengono quindi impilati per creare immagini 3D senza sbiancare o danneggiare il campione. Il risultato di queste due tecniche è una chiara immagine tridimensionale delle cellule che si comportano in modo naturale. Una descrizione dettagliata della tecnica appare sulla rivista Science .
"Studiare la cella su un vetrino è come guardare un leone allo zoo: non stai vedendo esattamente i loro comportamenti nativi", dice Betzig a Lunn. “[Usare l'ambito] è come guardare il leone inseguire un'antilope nella savana. Finalmente stai vedendo la vera natura delle cellule. "
Le immagini create finora sono mozzafiato. Come riporta Brandon Specktor di LiveScience, i ricercatori si sono concentrati su pesci zebra trasparenti, nematodi e cellule tumorali. I loro primi film in 3-D includono cellule tumorali che si muovono attraverso i vasi sanguigni, cellule immunitarie che inghiottono molecole di zucchero e cellule che si dividono in dettaglio.
Ancora più eccitante delle belle immagini è che l'intensità dei dettagli consente ai ricercatori di "esplodere" i tessuti che stanno guardando per guardare le singole cellule. "Ogni volta che abbiamo fatto un esperimento con questo microscopio, abbiamo osservato qualcosa di nuovo - e generato nuove idee e ipotesi da testare", afferma Tomas Kirchhausen, un ricercatore senior presso il Boston Children's Hospital in un comunicato stampa. "Può essere usato per studiare quasi tutti i problemi in un sistema biologico o in un organismo a cui riesco a pensare."
Ci vorrà del tempo prima che questa rivoluzione microscopica riesca a uscire dal laboratorio e in altre università e ospedali. Come riporta Specktor, il primo microscopio è un "mostro di Frankenstein" messo insieme con frammenti di altri microscopi e macchine. Attualmente occupa un tavolo lungo dieci piedi e richiede un software personalizzato per funzionare.
Ma secondo il comunicato stampa, due ambiti di seconda generazione, che saranno ospitati in laboratori cooperanti, occuperanno solo lo spazio di una scrivania e saranno disponibili per i ricercatori di tutto il mondo che chiedono di usarli. Il team pubblicherà anche i piani per lo strumento in modo che altre istituzioni possano provare a costruire il proprio. Forse tra dieci anni, Betzig dice a Specktor, un modello più piccolo e conveniente sarà disponibile in commercio.
Fino ad allora, le nuove immagini dovranno farcela. Siamo d'accordo con Betzig che dice a Lunn che la prima volta che ha visto le immagini dal campo di applicazione "era fottutamente fantastico." Questo, ovviamente, è un gergo scientifico per "davvero pulito".
