I ricercatori dell'Università di Tokyo hanno introdotto una svolta nella microscopia ad alta velocità che permette la cattura di immagini tridimensionali di cellule viventi a velocità senza precedenti. Pubblicato su Nature Communications, lo studio descrive una nuova tecnica in grado di generare "video" di processi dinamici che si verificano all'interno delle cellule acquisendo immagini quasi 400 volte più velocemente rispetto ai tentativi precedenti.
Il team ha utilizzato la luce nel medio infrarosso per creare segnali fototermici, catturando istantanee delle firme dei cambiamenti di temperatura emesse da diverse molecole all'interno della cellula. Questo approccio senza marcatori evita l'uso di coloranti, che possono essere tossici per i campioni vivi, consentendo al contempo la mappatura della composizione cellulare interna basata su frequenze distintive dei legami chimici. Illuminando il campione con luce visibile dopo aver fatto vibrare questi legami, i ricercatori possono visualizzare la composizione chimica della cellula.
I metodi precedenti per la tomografia ottica fototermica tridimensionale nel medio infrarosso erano limitati a meno di 0,05 immagini al secondo a causa del tempo richiesto per la mediazione del segnale e le misurazioni sequenziali da vari angoli. La nuova tecnica, denominata tomografia ottica di diffrazione fototermica nel medio infrarosso a velocità video (MIP-ODT), raggiunge una frequenza di 19,2 immagini al secondo. Questa velocità consente al sistema di acquisire un'immagine tridimensionale completa ogni 52 millisecondi.
Masato Fukushima, primo autore dello studio e dottorando presso il Dipartimento di Fisica, ha spiegato che il team ha superato le precedenti barriere di velocità impiegando un modulatore spaziale della luce. Questo dispositivo modella con precisione le proprietà della luce per orientare rapidamente gli angoli di illuminazione massimizzando contemporaneamente il rapporto segnale-rumore per ogni scatto. Il risultato trasforma la tecnica da uno strumento per osservare campioni statici a uno in grado di indagare quantitativamente processi biologici rapidi in tre dimensioni.
Utilizzando MIP-ODT, i ricercatori hanno seguito con successo le goccioline lipidiche responsabili della regolazione dell'energia e dello stoccaggio dei lipidi mentre si muovevano attraverso lo spazio tridimensionale. Questa capacità ha rivelato comportamenti di trasporto difficili da rilevare con la sola imaging bidimensionale. Il team prevede future applicazioni nello studio dei condensati biomolecolari, strutture prive di membrana contenenti proteine e acidi nucleici il cui comportamento anomalo è legato a disturbi neurodegenerativi.
Takuro Ideguchi, autore senior dello studio e professore presso la Graduate School of Frontier Sciences, ha sottolineato il potenziale per affrontare domande biologiche fondamentali. Ha notato che la natura senza marcatori dell'imaging fornisce informazioni quantitative sulla composizione chimica, mirando ad avanzare verso una comprensione della vita guidata dalle misurazioni visualizzando la dinamica cellulare nel tempo.
Fonti: Phys.org.