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Microscopio 3D e ad alta risoluzione delle cellule intatte
sviluppato un microscopio che fornisce un'immagine tridimensionale (3D) immediata di cellule intatte senza la necessità di fissarle chimicamente, tagliarle o persino colorarle
Scienziati tedeschi e statunitensi hanno fatto ciò che sembrava impossibile: essi 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.
"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," gli autori hanno scritto nello studio.
"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.
Redazione (02/12/2010)
Pubblicato in Biochimica e Biologia Cellulare
Tag:
microscopio,
sincrotrone,
raggi X,
cellula,
3D
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