Vetrini che migliorano le proprietà ottiche
Per l’imaging cellulare in tempo reale sono necessarie tecniche che supportano l’elevata risoluzione ad ampio campo, buon contrasto ed elevate velocità di acquisizione dei dati ed elaborazione del segnale. Importanti avanzamenti nella microscopia basata su fluorescenza non sono stati in grado di ottenere sia un’acquisizione ad alta velocità delle immagini che un’elevata risoluzione spaziale simultaneamente per una piattaforma di imaging della dinamica molecolare veramente in tempo reale. Le tecniche di fluorescenza sono soggette a problemi di risoluzione dovuti alla natura a onde della luce. I ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato strutture e nanostrutture mesoscopiche artificiali biocompatibili con proprietà ottiche fondamentalmente nuove. Nell’ambito del progetto SMARTS (“Super-resolution fluorescence microscopy based on artificial mesoscopic structures”), i ricercatori hanno sviluppato materiali che possono essere utilizzati come vetrini di microscopio per studiare dal vivo i processi cellulari. L’innovativo materiale artificiale è stato ottimizzato e caratterizzato, nonché testato per la biocompatibilità. I metodi di nanofabbricazione si sono dimostrati semplici ed economici. La coltura di cellule vive ha seguito in modo semplice i protocolli comuni e ha consentito un’incredibile risoluzione assiale di circa 10 nm. Inoltre, la tecnica avanzata elimina la necessità di scansione, riducendo così al minimo i tempi di acquisizione ed elaborazione delle immagini. I risultati sono stati pubblicati nella prestigiosa rivista specialistica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). I ricercatori hanno sfruttato il materiale nano strutturato in uno studio del trasferimento di energia per risonanza (FRET). Si tratta di una tecnica di imaging a fluorescenza che sfrutta un fluoroforo donatore e un fluoroforo accettore. Questo è un sensore eccellente a distanze molto ravvicinate, ma non è utile su distanze maggiori. Il team ha mostrato che, tramite un effetto meccanico quantistico (la capacità della nano struttura di supportare modalità plasmoniche superficiali), le loro nano strutture possono amplificare un segnale FRET molto basso. Si tratta di una scoperta molto importante perché la maggior parte delle altre tecniche dimostrate per aumentare la FRET non si sono rivelate biocompatibili. La conclusione del progetto SMARTS non rappresenta la fine dello sviluppo della tecnologia. Il team prevede di incorporare i materiali e le tecniche in una piattaforma funzionale di imaging nel giro dei prossimi due anni. La collaborazione con un importante laboratorio che studia la segnalazione cellulare tramite FRET promette di velocizzare l’ottimizzazione e la commercializzazione.
Parole chiave
Imaging in tempo reale, vetrino di microscopio, strutture mesoscopiche, nanostrutture, microscopia a fluorescenza