UT Southwestern progetta un microscopio 3D versatile per l'imaging di cellule vive
Il sistema multi-immersione passa da aria, acqua e olio senza ricostruire i componenti ottici.
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I ricercatori dell'UT Southwestern Medical Center hanno sviluppato un'invenzione che riunisce più modalità di imaging a foglio di luce in un unico strumento. Descritto su Nature Methods, il microscopio a piano obliquo multi-immersione cattura viste tridimensionali di cellule e tessuti viventi proteggendoli dai danni della luce. La configurazione consente ai laboratori di ricerca di condurre esperimenti biologici diversi senza acquistare sistemi specializzati separati.
Passare tra immersione in aria, acqua e olio
La microscopia a fluorescenza a foglio di luce standard richiede in genere hardware dedicato per specifiche condizioni sperimentali. Le viste ad alto ingrandimento dei dettagli intracellulari richiedono un obiettivo a immersione in olio. L'osservazione di tessuti più spessi o di organoidi richiede l'immersione in acqua o liquidi di immersione specializzati. La scansione rapida su piastre di coltura senza contattare il campione richiede un obiettivo ad aria. Secondo la ricerca pubblicata da Phys.org, mantenere microscopi separati per ogni mezzo fa lievitare i costi di capitale e la manutenzione tecnica per le strutture di ricerca.
Per risolvere questo vincolo, il corresponding author Reto Fiolka e il co-first author Bingying Chen hanno sviluppato il microscopio a piano obliquo multi-immersione, o miOPM. La nuova invenzione ospita su un unico telaio ottico obiettivi pensati per aria, acqua e olio. Una lente zoom regolabile compensa le differenze di rifrazione quando gli scienziati cambiano il fluido attorno a un campione, preservando la nitidezza dell'immagine senza richiedere una ricostruzione manuale dell'ottica interna.
«Il nostro lavoro rende una tecnica microscopica molto diffusa, chiamata microscopia a fluorescenza a foglio di luce, più versatile e facile da usare.»
— Reto Fiolka, Ph.D., professore associato presso l'UT Southwestern Medical Center
Imaging 3D rapido con un'esposizione limitata alla luce
Lo strumento illumina i campioni biologici con sottili fogli di luce, scansionando un piano alla volta per costruire un modello tridimensionale. Questo design limita l'illuminazione superflua, contenendo la fototossicità e il fotosbiancamento, così i ricercatori possono osservare delicati campioni viventi per periodi prolungati.
Durante le prove operative descritte da Phys.org, il team ha ripreso i movimenti dinamici sulla superficie delle cellule immunitarie e mappato la funzione degli organuli. Il sistema ha risolto singoli mitocondri e DNA mitocondriale all'interno di cellule di cancro cervicale HeLa, reti di actina all'interno di cellule di cancro pancreatico e molecole ricche di carboidrati nel tessuto polmonare di topo.
Screening ad alto rendimento su piastre multiwell standard
Oltre alle preparazioni di tessuto isolate, la piattaforma si interfaccia con i formati multiwell, comprese le piastre standard da 384 pozzetti. Questa capacità consente una scansione automatizzata di centinaia di pozzetti contenenti cellule umane vive o mini-tumori. Come ha dimostrato il team di inventori, unificare queste capacità elimina la necessità di ricalibrare o passare tra microscopi separati durante gli screening biologici ad alto rendimento.
I ricercatori farmaceutici possono applicare l'innovazione per valutare come le librerie chimiche influenzano i bersagli delle malattie nei modelli tissutali 3D. Poiché la piattaforma preserva la vitalità cellulare durante scansioni ripetute, i ricercatori possono seguire nel tempo i cambiamenti strutturali legati alla malattia nei modelli polmonari, epatici e neurologici, evidenziando come tale proprietà intellettuale potrebbe giovare sia ai laboratori accademici sia a qualsiasi startup biotech che voglia ottenere in licenza il brevetto.
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