L’osservazione delle cellule viventi sta vivendo una vera e propria rivoluzione grazie a diverse tecniche che hanno migliorato la risoluzione delle immagini microscopiche fino alla scala dei nanometri. Le cellule sono ambienti affollati, complessi e tridimensionali, il che rende difficile studiarle completamente in un’unica sessione, poiché gran parte delle loro attività avviene al di sopra o al di sotto del piano focale ristretto del microscopio.
Tecniche Avanzate per l’Osservazione delle Cellule
Espansione Microscopia: Un Approccio Innovativo
Una delle soluzioni a questo problema è la espansione microscopia, una tecnica in cui la cellula viene riempita con un polimero che si espande quando viene immerso in acqua. Questo processo gonfia la cellula, separando e ingrandendo le strutture interne per facilitarne lo studio. Tuttavia, questo metodo ha un limite significativo: uccide la cellula, impedendo ulteriori studi su di essa nel tempo.
La Sfida di Studiare le Cellule Senza Danneggiarle
I biologi cellulari desiderano ardentemente un metodo che permetta di studiare l’intera struttura di una cellula senza comprometterne la vitalità. La possibilità di osservare una cellula vivente nella sua interezza, senza distruggerla, rappresenterebbe un enorme passo avanti nella ricerca biologica.
La Nuova Frontiera: Immagini di Cellule Piatte
Un’Innovazione dal Max Planck Institute
Grazie al lavoro di Vahid Nasirimarekani e dei suoi colleghi presso il Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization a Gottingen, in Germania, è stata sviluppata una nuova tecnica che permette di confinare tutte le parti di una cellula nel piano focale ristretto di un microscopio ottico. Questo consente di osservare simultaneamente tutto il macchinario cellulare.
Il Metodo di Appiattimento delle Cellule
Il trucco consiste nel appiattire la cellula come un’uva passa schiacciata, in modo che le strutture interne si distendano. Successivamente, la cellula viene rilasciata senza danni. “Il metodo di imaging delle cellule piatte è una tecnica robusta e semplice, rendendola una scelta pratica per la microscopia ottica”, affermano i ricercatori.
Applicazioni e Limiti della Tecnica
Compatibilità e Test su Diverse Cellule
L’imaging delle cellule piatte confina le cellule viventi tra due vetrini di vetro trasparenti, riducendo il loro spessore fino a 200 nanometri e, nel processo, distribuendo il contenuto su un’area fino a nove volte maggiore rispetto a una cellula non appiattita. Per evitare che le cellule si attacchino alle superfici, entrambi i vetrini sono rivestiti con un polimero chiamato poly(L-lysine)-graft-polyethylene glycol, che intrappola un sottile film di liquido tra di essi. Questo aiuta anche i vetrini a rimanere uniti, permettendo l’appiattimento senza pressione esterna e senza stress meccanico significativo.
Il team afferma che l’allestimento è semplice e compatibile con le attrezzature standard di microscopia a fluorescenza, rendendolo facilmente accessibile a chiunque si occupi di microscopia. I ricercatori hanno testato la tecnica su cellule di mammiferi che vanno dalle cellule staminali neurali, alle cellule di cancro al pancreas, ai fibroblasti e alle cellule di cancro HeLa. È stata utilizzata con successo anche su microrganismi come lieviti, batteri come Escherichia coli e alghe. Le cellule vegetali possono essere appiattite, ma in misura minore a causa della loro maggiore rigidità.
Limitazioni e Sviluppi Futuri
Nasirimarekani e colleghi hanno dimostrato che le cellule appiattite sono ancora vitali dopo l’appiattimento. Ad esempio, le cellule staminali neurali si sono differenziate con successo in neuroni e astrociti dopo l’appiattimento, dimostrando che la procedura non interferisce con i loro processi biologici.
La nuova tecnica non è priva di limitazioni. Il processo di intrappolamento riduce la capacità delle cellule di scambiare gas e regolare l’osmosi. Di conseguenza, iniziano a morire dopo circa 20 minuti, limitando il tempo di imaging. Il team spera di estendere questo periodo rivestendo il vetrino superiore con uno strato permeabile ai gas di polidimetilsilossano (PDMS) e sta attualmente studiando questa opzione.
Alcune cellule sembrano anche più fragili di altre, quindi il team sta sviluppando la capacità di regolare e limitare il processo di appiattimento. Un modo per farlo è aggiungere sfere su scala nanometrica ai campioni che agiscono come distanziatori durante l’appiattimento per prevenire danni.
Implicazioni e Futuro della Microscopia delle Cellule Vive
Un’Innovazione Promettente
Questa è un’innovazione straordinaria con il potenziale di rivoluzionare la microscopia delle cellule vive. Dovrebbe consentire l’osservazione in tempo reale del trasporto di proteine e del traffico di vescicole, dei sistemi di somministrazione di farmaci e di processi altamente complessi come la differenziazione.
Nuove Strade per la Ricerca
A volte le idee più semplici possono aprire nuove strade di ricerca in biologia, medicina e oltre. Ulteriori sviluppi potrebbero renderla una tecnica di enorme importanza.
