Grazie alla combinazione di due tecniche di imaging, è ora possibile osservare ciò che accade sia all'interno che all'esterno di una cellula vivente.
Elemento base degli esseri viventi, la cellula è sede di complessi fenomeni biologici. Essere in grado di studiarli è fondamentale per comprendere e trattare alcune disfunzioni e malattie.
Ma osservare la materia vivente su scala micro e nanometrica è una vera sfida. Grazie alla combinazione di due diverse tecniche e alla collaborazione tra due laboratori EPFL, un nuovo metodo consente ora di vedere le cellule in azione, con una precisione senza precedenti.
'Nessuno dei metodi di imaging esistenti era precedentemente adatto per l'osservazione fine delle cellule', spiega Georg Fantner, che dirige il Laboratorio EPFL di bio e nanostrumentazione (LBNI).
La microscopia elettronica comporta l'evacuazione dei campioni e il loro bombardamento con elettroni.
Nulla sopravvive a tale trattamento, quindi l'osservata è morta prima ancora che diamo un'occhiata.
"La microscopia ottica può osservare senza distruggere, ma la risoluzione non è sufficiente per ottenere un'immagine 3D della superficie cellulare. E una dose maggiore di fotoni potrebbe causare danni”.
I ricercatori hanno quindi avuto l'idea di combinare due metodi: la microscopia ottica a super risoluzione che consente l'osservazione mirata dell'interno delle cellule e la tecnologia di microscopia a sonda chiamata microscopia a scansione di conduttanza ionica.
Quest'ultimo utilizza tradizionalmente un ago appuntito, che tasta direttamente la superficie dell'oggetto da osservare, per tracciarne la topografia. Tuttavia, non è indicato nel caso di cellule viventi, la punta le disturba toccandole fisicamente.
L'ago è stato quindi sostituito da una tecnica di scansione laser, basata sulla rilevazione degli ioni (un tipo di atomo che trasporta una carica elettrica) presenti sulla superficie della cellula.
Questa combinazione consente un'osservazione senza precedenti.
Questo perché la microscopia ottica fornisce una vista all'interno della cellula, mentre la microscopia a scansione fornisce una topografia 3D della membrana.
Gli scienziati possono ora vedere l'interno e l'esterno della cellula allo stesso tempo, e quindi stabilire connessioni tra i fenomeni che si verificano contemporaneamente su questi due piani.
Ad esempio, possono mirare a determinati elementi del meccanismo molecolare interno quando rilevano che la membrana è deformata, perde elementi o assorbe materiali.
'La membrana è il sito delle interazioni tra la cellula e il mondo esterno', descrive Samuel Leitao, studente di dottorato presso il LBNI Bio and Nano Instrumentation Laboratory.
"È qui che avvengono molti processi biologici e cambiamenti morfologici, come le infezioni cellulari.
Con questa tecnica possiamo mirare a molecole specifiche e mappare la loro azione all'interno della cellula per comprendere meglio la loro correlazione con gli eventi di membrana”.
“Un altro vantaggio di questa combinazione di tecniche è il guadagno in termini di qualità dell'immagine. Ora possiamo osservare questi processi cellulari con molta più precisione', ha affermato Vytautas Navikas, studente di dottorato presso il Laboratorio EPFL di biologia su nanoscala (LBEN), che ha curato la parte ottica del sistema.
Secondo i ricercatori, questa nuova tecnica, applicabile per osservare processi come la motilità cellulare, la differenziazione o la comunicazione cellula-cellula, apre le porte a un gran numero di nuovi studi.
Potrebbe, ad esempio, essere molto utile nella biologia delle infezioni, ma anche nell'immunobiologia e nella neurobiologia, aree in cui è importante capire come la cellula reagisce in tempo reale a uno stimolo esterno.
L'invenzione è stata oggetto di due pubblicazioni, una su 'Nature Communications' a luglio, e l'altra alcune ore fa sulla rivista 'ACS Nano'.
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