La microscopia dei tessuti profondi supera la barriera dei 100 nanometri
I ricercatori del Texas A&M combinano due metodi ottici per ottenere una risoluzione di 75 nanometri all'interno di campioni biologici spessi
Ricercatori di biofotonica della Texas A&M University hanno messo a punto un metodo di imaging ottico che risolve strutture più piccole di 100 nanometri in profondità dentro campioni biologici intatti. La tecnica quintuplica la risoluzione della microscopia standard a due fotoni senza rinunciare alla profondità di penetrazione nei tessuti, come illustrato in uno studio pubblicato sul Journal of Biomedical Optics.
Combinare due metodi per aggirare il compromesso sulla profondità
La microscopia standard a due fotoni è da tempo uno strumento di riferimento per l'imaging dei sistemi viventi, perché penetra nei tessuti biologici con un danno cellulare minimo. Tuttavia, guardare più in profondità nei campioni ha storicamente significato rinunciare al dettaglio fine. I metodi di super-risoluzione applicati alla superficie, come la stimulated emission depletion (STED) e la photoactivated localization microscopy (PALM), riescono a risolvere strutture ben al di sotto dei 100 nanometri, ma non mantengono questa nitidezza quando si spingono dentro tessuti spessi, secondo un servizio di Phys.org.
La nuova invenzione ottica colma questo divario di prestazioni. Sviluppata da un team guidato da Aart Verhoef, professore assistente di biofotonica alla Texas A&M University, la piattaforma combina due protocolli ottici direttamente su un sistema standard a due fotoni: la microscopia a scansione di immagini eccitata da due fotoni e l'imaging di fluttuazione ottica a super-risoluzione. Il sistema ibrido che ne risulta è denominato 2PE-ISM-SOFI.
«Questa tecnica si basa su due tecniche di microscopia che erano limitate dalla profondità e dal dettaglio, ma questa tecnica ci permette di guardare in profondità nei tessuti e migliora la risoluzione.»
— Aart Verhoef, professore assistente di biofotonica alla Texas A&M University
Raggiungere una risoluzione di 75 nanometri con i punti quantici
Sovrapponendo entrambe le tecniche su un unico apparato multifotone, il team di ricerca ha ottenuto una risoluzione laterale di circa 75 nanometri, all'incirca cinque volte più nitida rispetto ai sistemi convenzionali a due fotoni. Questa scala corrisponde a strutture circa mille volte più sottili di un capello umano.
Per dimostrare il prototipo dell'apparato di imaging, i ricercatori hanno analizzato neuroni dopaminergici del mesencefalo ventrale di topo in coltura. Il team ha marcato le strutture cellulari della tubulina con punti quantici QD625, che hanno consentito di seguire le fluttuazioni ottiche sotto eccitazione multifotone, come riportato da Phys.org. Il primo autore Anton Classen e i colleghi hanno mostrato che l'apparato riusciva a risolvere reti intracellulari fini che di norma si confondono in masse indistinte nei sistemi multifotoni convenzionali per tessuti profondi.
Dalla neurologia alla biologia vegetale
Il risultato si fonda su un lavoro sperimentale preliminare che il team del Texas A&M aveva pubblicato per la prima volta nel 2024 sulla rivista PRX Life. Mentre lo studio più recente si è concentrato sulle strutture neuronali, l'innovazione biofotonica alla base è stata concepita per affrontare i limiti pratici di osservazione in diversi campi scientifici, tra cui la scienza del suolo e l'agricoltura.
La coautrice Alma Fernandez Gonzalez, ricercatrice di biofotonica al Dipartimento di Scienze del Suolo e delle Colture della Texas A&M, ha osservato che l'impiego pratico in discipline diverse richiederà ulteriori affinamenti tecnici. In futuro, il team di ricerca intende adattare il sistema ottico per studiare direttamente reti radicali, interazioni pianta-microbo e patologie precoci all'interno di tessuti vegetali vivi e intatti, senza bisogno di sezionamento fisico, secondo Phys.org.
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