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Cellule, dal vivo e in 3-D
I ricercatori del MIT hanno progettato un microscopio per generare filmati tridimensionali di cellule vive. Il microscopio, che funziona come uno scanner TC cellulare, consentirà agli scienziati di osservare come si comportano le cellule in tempo reale con un livello di dettaglio maggiore. Questo nuovo dispositivo supera un compromesso tra risoluzione e azione dal vivo che ha ostacolato la capacità dei ricercatori di esaminare le cellule e potrebbe portare a nuovi metodi per lo screening dei farmaci.
Uno sguardo all'interno: Questa immagine di un verme vivo lungo un millimetro, scattata con un nuovo microscopio 3D, mostra chiaramente le strutture interne, compreso l'apparato digerente. La bocca del verme è in alto e la spessa fascia rossa è la faringe del verme.
Le cellule non possono essere esaminate al microscopio tradizionale perché non assorbono molta luce visibile. Quindi il microscopio del MIT si basa su un'altra proprietà ottica delle cellule: come rifrangono la luce. Quando la luce passa attraverso una cellula, la sua direzione e la sua lunghezza d'onda si spostano. Diverse parti della cellula rifrangono la luce in modi diversi, quindi il microscopio del MIT può mostrare le parti in tutti i loro dettagli.
Michele Campo , un professore di fisica al MIT che ha guidato lo sviluppo del nuovo microscopio, afferma che altri metodi per creare immagini tridimensionali delle cellule consentono solo ai ricercatori di osservare artefatti controllati. Per essere visualizzate con un microscopio convenzionale, le cellule devono essere trattate con fissanti e macchie e sono morte; ciò che è visibile in queste immagini non è proprio come appare una cellula, dice. La nostra tecnica ti consente di studiare le cellule nel loro stato nativo senza alcuna preparazione. Può, ad esempio, catturare lo spooling dei cromosomi durante la divisione cellulare o una cellula del cancro cervicale che avvizzisce quando viene trattata con acido acetico.
Il microscopio crea immagini tridimensionali combinando molte immagini di una cellula prese da diverse angolazioni. Attualmente ci vuole solo un decimo di secondo per generare ogni immagine tridimensionale, abbastanza velocemente da vedere le cellule rispondere in tempo reale. Questa tecnica di elaborazione, chiamata tomografia, viene utilizzata anche per l'imaging medico nelle scansioni TC, che combinano immagini a raggi X prese da molte angolazioni diverse per creare immagini tridimensionali del corpo.
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Guarda una rappresentazione tridimensionale di una cellula cancerosa viva.
Ma il microscopio del MIT opera su una scala molto più piccola rispetto ai dispositivi di imaging medico. I ricercatori hanno creato immagini di singole cellule, comprese le cellule del cancro cervicale, e di vermi molto piccoli, chiamati C. elegans . Ogni verme è lungo solo un millimetro ed è composto solo da un migliaio di cellule. Feld afferma che il microscopio attualmente non può visualizzare nulla di molto più grande di questo perché i tessuti più spessi contenenti un gran numero di cellule disperdono la luce, creando un'immagine nebbiosa. Le versioni future del microscopio potrebbero superare questa limitazione emettendo e rilevando la luce da un'unica posizione; l'attuale microscopio illumina un lato del campione e lo raccoglie dall'altro.
Usando il microscopio di Feld, puoi catturare le cellule nel loro ambiente naturale e vedere come rispondono ai cambiamenti, afferma Maryann Fitzmaurice , professore associato di patologia presso la Case Western Reserve University. Altrimenti ottieni solo un'istantanea nel tempo di una cella. Fitzmaurice afferma che, poiché la tecnica è così nuova, non è chiaro cosa impareranno i ricercatori sulle cellule osservando le immagini di rifrazione. È una tecnica molto semplice, con molti potenziali usi, dice. Una potenziale applicazione potrebbe essere nei test di screening dei farmaci in cellule vive. I ricercatori potrebbero dosare le cellule con un potenziale composto terapeutico e utilizzare il microscopio per osservare la loro risposta.
Feld e collaboratori della Harvard Medical School hanno già utilizzato il loro microscopio per illuminare il funzionamento di un test medico. Durante gli esami pelvici, i medici a volte eseguono un test visivo per il cancro del collo dell'utero applicando acido acetico alla cervice, che fa sbiancare i tessuti precancerosi. Fitzmaurice dice che i medici sanno che funziona, ma non perché. Utilizzando il microscopio del MIT, i ricercatori sono stati in grado di vedere chiaramente i cambiamenti in diverse parti della cellula, il che è molto prezioso per comprendere questo test, afferma Fitzmaurice.