Buone notizie: i microscopi economici possono anche ottenere immagini ad alta risoluzione
Il team di nanologi Ali Shaib e Silvio Rizzoli del Centro medico universitario di Göttingen, in Germania, ha sviluppato un metodo per la microscopia ottica ordinaria - la tecnica ONE Microscope - che registra immagini di singole proteine e strutture cellulari mai viste prima a un livello di dettaglio che supera anche quello di un microscopio a "super risoluzione" multimilionario. microscopi “super-risoluzione” multimilionari. I risultati sono stati pubblicati sul sito web di prestampa bioRxiv.
"Dovrebbe esserci una qualche forma di democrazia nella tecnologia della microscopia." Rizzoli sottolinea che l'alta risoluzione della nuova tecnologia è applicabile a molti, non a pochi, laboratori ricchi.
Le capacità dei microscopi ottici convenzionali sono limitate dalle leggi dell'ottica, il che significa che le osservazioni di oggetti più piccoli di 200 nm sono confuse, ha detto Rizzoli, aggiungendo che i ricercatori hanno sviluppato metodi di super-risoluzione che vanno oltre la fisica e che possono ridurre questo limite a circa 10. nm. Questo metodo, che ha vinto il Premio Nobel per la chimica nel 2014, utilizza trucchi ottici per individuare le molecole fluorescenti attaccate alle proteine.
Nel 2015, i ricercatori hanno proposto un altro modo per aggirare il limite ottico. Un team di ricercatori guidati da Edward Boyden, un ingegnere neurale del Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti, ha dimostrato che i tessuti gonfiabili (utilizzando un composto assorbente presente nei pannolini) potrebbero tenere gli oggetti cellulari lontani gli uni dagli altri. La tecnica, nota come microscopia ad inflazione, ha portato a un salto di qualità nella risoluzione del microscopio, consentendo di risolvere strutture di circa 20 nm.
La tecnica di Shaib e Rizzoli fonde i due metodi per ottenere una risoluzione sub-1nm. Questa chiarezza è sufficiente per rivelare la forma delle singole proteine, che in precedenza venivano generalmente visualizzate in modo più dettagliato utilizzando metodi di biologia strutturale più costosi, come la microscopia crioelettronica.
La semplicità della microscopia ad espansione è parte del suo fascino e Boyden stima che più di 1,000 laboratori abbiano adottato la tecnica. I campioni vengono trattati con sostanze chimiche che immobilizzano le proteine su un polimero, che si gonfia fino a 1,000 volte la sua dimensione originale quando viene aggiunta acqua, consentendo la separazione delle molecole. La tecnica di microscopia ONE utilizza anche il calore o gli enzimi per scomporsi le proteine, in modo che i singoli frammenti vengano allungati in diverse direzioni durante il processo di rigonfiamento.
I ricercatori hanno utilizzato il loro metodo per registrare immagini di una neuromolecola, il recettore GABAA, che ricorda da vicino la microscopia crioelettronica ad alta risoluzione e le mappe cristallografiche a raggi X delle proteine. Hanno anche catturato il contorno di un grosso pezzo di una proteina chiamata ototossina, la cui struttura non è stata ancora determinata, che aiuta a trasmettere segnali audio nel cervello. La forma è simile alle previsioni strutturali effettuate dalla rete di deep learning AlphaFold.
Anche se il metodo non può eguagliare la risoluzione della microscopia crioelettronica, che in alcuni casi può rivelare dettagli quasi atomici inferiori a 0,2 nm, le tecniche di microscopia crioelettronica sono sia scarse che costose, Rizzoli ha detto, aggiungendo che UNA microscopia, al contrario, può fornire un modo semplice e veloce per comprendere la struttura di quasi tutte le molecole.
Parte della motivazione per lo sviluppo della tecnologia è stata quella di espandere l'accessibilità dei microscopi ottici all'avanguardia, ha affermato Rizzoli. il metodo ONE microscopio è abbastanza semplice da essere applicabile ai microscopi a fluorescenza, divenuti obsoleti negli anni '90.
Salma Tammam, una tecnologa farmaceutica dell'Università tedesca del Cairo, prevede di inviare uno studente di dottorato a studiare la tecnica quest'estate. Il suo laboratorio studia come le nanoparticelle si muovono attraverso le cellule e vuole vedere i dettagli delle particelle e dei loro trasportatori. Ma come molti ricercatori nei paesi a basso e medio reddito, non hanno accesso a costosi microscopi ad alta risoluzione.
Ampliare l’uso della microscopia a super risoluzione è importante anche per gli scienziati di istituzioni ben finanziate, afferma Noa Lipstein, biologa delle sinapsi presso il Centro Leibniz di farmacologia molecolare in Germania. Recentemente ha fondato un gruppo di ricerca indipendente e ha scelto di applicare UNA microscopia ai loro studi sui dettagli sinaptici.
