Realizzato il primo microscopio che visualizza l’embrione in tempo reale
3D Rendering human or animal cells on blue background. Concept Early stage embryo Medicine scientific concept, Stem cell research and treatment
Fino a qualche tempo fa l’embrione era solo osservabile tramite l’ausilio degli ultrasuoni, adesso la medicina con l’avanzamento della tecnologia ha permesso di ottenere prima un ologramma 3D dell’embrione ed ora ciò è visualizzabile tramite un microscopio.
Lo studio
La ricerca pubblicata sulla rivista Nature Methods, coordinata da Carlo Bevilacqua, nasce dall’idea di adoperare la microscopia Brillouin, fenomeno teorizzato nel 1922 dal fisico Léon Brillouin, nel quale si dichiara che la luce proiettata su un materiale interagisce tramite le vibrazioni termiche che avvengono internamente dello stesso scambiando energia.
Tale microscopio, costruito nel Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (Embl) di Heilberg, permette di analizzare i campioni biologici in maniera tridimensionale senza contatto, ma data la proprietà della microscopia di Brillouin ciò ha come limite il dosaggio luminoso eccessivo che crea danni all’organismo. Per tale motivo, si è deciso di adoperare sempre tale microscopio ma a scansione di linea ad alta risoluzione, in modo da percepire i processi biologici e diminuire la fototossicità.
Il microscopio progettato ha una scansione lineare che consente di ottenere dei segnali multiplexati rilevando più punti, ciò tramite l’implementazione di una routine di adattamento numerico potenziata dalla GPU adattata alla forma degli spettri sperimentali. Tramite anche l’utilizzo di un doppio obiettivo in una configurazione a 90° con luce infrarossa che diminuisce i danni, con un rapporto segnale-rumore elevato maggiore di 10 dB ed una precisione spettrale minore di 20MHz.
Lo stadio del campione del microscopio ha un foglio di etilene propilene fluorurato per isolare la camera del campione dal mezzo di immersione dell’obiettivo. Inoltre, si avvale anche della modalità che adopera la fluorescenza SPIM che permette di interpretare i dati e assegnare ai differenti distretti molecolari le proprietà meccaniche.
Cosa rivela il microscopio
I ricercatori hanno testato tale microscopio con i moscerini della frutta, topi e un organismo marino chiamato Phallusia mammillata, permettendo di ottenere informazioni circa la dinamica dei processi che avvengono a livello embrionale, rilevando nuovi meccanismi biologici. L’utilizzo della flourescenza visualizza le molecole attive, ottenendo mappe complete in tre dimensioni e conoscendo ciò che avviene a livello cellulare.
(a) Immagini in campo chiaro di un embrione di topo a 8 cellule che alla fine subisce la morte cellulare. (b) le immagini di Brillouin si spostano per lo stesso embrione come in a. (c) Un altro embrione rappresentativo (su 3 embrioni in totale) sottoposto a morte cellulare nelle stesse condizioni di imaging.(d) Le immagini di Brillouin si spostano per lo stesso embrione come in c. Il tempo è mostrato in h:mm. Barre di scala = 20 μm.
Lo stesso Bevilacqua come ha dichiarato all’ANSA:
“Le innovazioni che abbiamo introdotto nel microscopio, come la possibilità di scansionare in contemporanea una linea di 100 punti invece di un singolo punto alla volta, il ridotto danneggiamento dovuto alla luce e la possibilità di visualizzare componenti cellulari di interesse, ci hanno consentito di osservare le proprietà meccaniche durante i rapidi processi di sviluppo embrionale, con campioni sensibili alla luce e con risoluzione subcellulare”
Tramite la creazione di questo microscopio, interi organismi multicellulari possono essere analizzati, utilizzando un’elevata risoluzione spaziale in tre dimensioni ed un’elevata risoluzione temporale ottenendo miglioramenti di oltre 20 volte in termini di velocità di imaging. Permettendo di visualizzare i cambiamenti nelle proprietà meccaniche su scala tissutale e cellulare senza sezionare i tessuti o iniettando delle microparticelle o microgoccioline.
Sviluppi futuri sul microscopio
L’utilizzo del microscopio progettato con l’implementazione ottenuta della fluorescenza , ad esempio permette di conoscere la crescita a livello del citoscheletro o del destino cellulare e ciò può aprire le strade a nuovi studi nel campo della meccanobiologia. Inoltre, tra i punti a favore si hanno la bassa fototossicità e la velocità di acquisizione, la quale permette di ottenere un’immagine sia tridimensionale ma anche in tempo reale. In conclusione questa creazione può integrare le conoscenze derivante dalla genetica, la biochimica e la biomeccanica nelle fasi di sviluppo animale e perciò embrionale.