Sebbene sia ora possibile l’imaging strutturale delle cellule su scala nanometrica, manca una registrazione diretta della composizione chimica di questi domini. Gli scienziati del Beckman Institute for Advanced Science and Technology hanno creato una nuova tecnica per “vedere” i dettagli intricati e la composizione chimica di una cellula umana con chiarezza e precisione senza precedenti. Il loro metodo si avvicina all'identificazione del segnale in un modo unico e controintuitivo.
Rohit Bhargava, professore di bioingegneria presso la Università dell'Illinois Urbana-Champaign che ha condotto lo studio, ha detto, “Ora possiamo vedere l’interno delle cellule con una risoluzione molto più fine e con dettagli chimici significativi più facilmente che mai. Questo lavoro apre molte possibilità, incluso un nuovo modo di esaminare gli aspetti chimici e fisici combinati che governano lo sviluppo umano e le malattie”.
Questo nuovo lavoro si ispira agli ultimi passi avanti nel campo dell’imaging chimico.
L'esposizione di una cella alla luce IR ne aumenta la temperatura e porta a espansione cellulare. Possiamo paragonare un barboncino a una panchina del parco per vedere che non esistono due oggetti che assorbono le lunghezze d'onda degli infrarossi allo stesso modo. Gli occhiali per la visione notturna mostrano anche che gli oggetti più caldi generano firme IR più forti rispetto a quelli più freddi. Lo stesso è vero dentro una cella, dove diversi tipi di molecole rilasciano una particolare firma chimica e assorbono la luce IR a una lunghezza d'onda diversa. Gli scienziati possono identificare la posizione di ciascuno analizzando spettroscopicamente i modelli di assorbimento.
Invece di analizzare i modelli di assorbimento come uno spettro di colori, gli scienziati hanno interpretato le onde IR con un rilevatore di segnale: un minuscolo raggio fissato al microscopio a un’estremità, con una punta sottile che raschia la superficie della cellula come l’ago su scala nanometrica di un giradischi.
Dopo l'espansione delle cellule, il movimento del rilevatore di segnale diventa più esagerato e genera “rumore”: la cosiddetta elettricità statica che impedisce misurazioni chimiche accurate.
Bhargava ha detto: “È un approccio intuitivo perché siamo condizionati a considerare migliori i segnali più grandi. Pensiamo che più forte è il segnale IR, più alta diventa la temperatura di una cella, più si espande e più facile sarà vedere”.
Seth Kenkel, ricercatore post-dottorato nel laboratorio del professor Bhargava e autore principale dello studio, ha affermato: "È come alzare il quadrante di una stazione radio statica: la musica diventa più forte, ma anche l'elettricità statica."
“In altre parole, non importa quanto potente diventasse il segnale IR, la qualità dell’imaging chimico non poteva migliorare”.
"Avevamo bisogno di una soluzione per impedire l'aumento del rumore insieme al segnale."
Invece di concentrare le proprie energie sul segnale IR più forte possibile, gli scienziati hanno iniziato a sperimentare con il segnale più piccolo che riuscivano a gestire, assicurandosi di poter implementare efficacemente la loro soluzione prima di aumentarne l'intensità.
Kenkel disse, “Sebbene “controintuitivo”, iniziare in piccolo ci ha permesso di onorare un decennio di ricerca sulla spettroscopia e gettare le basi fondamentali per il futuro del campo”.
L’approccio consente l’imaging chimico e strutturale ad alta risoluzione delle cellule su scala nanometrica – una scala 100,000 volte più piccola di un filamento di capelli. Ancora più importante, questa tecnica è priva di etichettatura fluorescente o molecole coloranti per aumentarne la visibilità al microscopio.
Riferimento della Gazzetta:
- Seth Kenkel, Mark Gryka et al. Imaging chimico dell'ultrastruttura cellulare mediante misurazioni spettroscopiche a infrarossi a deflessione nulla. PNAS. DOI: 10.1073 / pnas.2210516119
