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Un nuovo super microscopio ottico per lo studio dei campioni biologici in 3D

super-microscopio-ottico_1Da Genova – Il Dipartimento di Nanofisica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) ha realizzato un nuovo super microscopio ottico – nominato IML-SPIM – che permette di studiare l’attività di singole molecole e proteine presenti nelle cellule viventi, e di comprendere cosa accade in embrioni o ammassi tumorali. Hanno collaborato alla ricerca il Dipartimento PAVIS (Pattern Analysis & Computer Vision) dell’IIT, il Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova e il Campus IFOM-IEO di Milano.

IML-SPIM, acronimo per “Individual Molecule Localization” e “Selective Plane Illumination Microscopy“, è dotato di un potere risolutivo maggiore di dieci volte rispetto ai microscopi ottici tradizionali, che consente di distinguere la composizione tridimensionale di campioni biologici spessi – come ad esempio gli aggregati cellulari – raggiungendo valori di precisione alla nanoscala impensabili fino a pochi anni fa. L’importante studio coordinato dal Prof. Alberto Diaspro, Direttore del Dipartimento di Nanofisica dell’IIT e Responsabile di un progetto di ricerca in nanoscopia presso l’IFOM (Istituto FIRC di Oncologia Molecolare) di Milano, è stato pubblicato online sulla rivista internazionale Nature Methods nell’articolo “Live-cell 3D super-resolution imaging in thick biological samples”, che ne descrive il funzionamento e le applicazioni biomediche.


Il nuovo super microscopio IML-SPIM coniuga in modo originale, in un unico strumento, due tecniche avanzate per lo studio e la realizzazione di immagini in super-risoluzione e tridimensionali: il “microscopio a selezione del foglietto d’illuminazione ” (SPIM) e la “localizzazione di singola molecola” (IML), che permettono di analizzare la tipologia e la posizione di molecole, come per esempio il DNA, le proteine e altre macromolecole che costituiscono il campione biologico, a livello tridimensionale e nel tempo.

In particolare, da un lato, la tecnica SPIM consente di accedere alle informazioni del campione sezionandolo in sottili “fettine” ottiche o foglietti, permettendo una “navigazione 3D” a strati successivi e senza alterarne le condizioni “vitali”. Dall’altro lato, la tecnica IML si basa sul metodo della fluorescenza e consiste nella capacità di realizzare la localizzazione 3D di singole molecole, consentendone l’identificazione con una precisione unica che oscilla tra i 10 e i 30 nanometri; questo si ottiene attraverso l’innesco di un’emissione luminosa delle molecole che compongono il campione biologico.
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Alberto Diaspro, Direttore del Dipartimento di Nanofisica dell’Istituto Italiano di Tecnologia, commenta così la nuova invenzione: «Dopo avere consolidato la nostra posizione nell’area della super-risoluzione e della nanoscopia ottica, siglando accordi con aziende multinazionali del calibro di Leica Microsystems e Nikon Instruments, con l’introduzione del metodo IML-SPIM siamo riusciti a creare uno strumento unico, che ci rende innovatori tra i leader della microscopia ottica a super-risoluzione a livello internazionale».


«Il nostro obiettivo è di visualizzare con altissima precisione l’attività molecolare delle cellule, mentre queste eseguono le loro normali funzioni nel loro ambiente. Pensiamo che la IML-SPIM possa dare un importante contributo alla comprensione di quei meccanismi cellulari legati a malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer e il Parkinson, o a malattie oncologiche. Guardando al prossimo futuro, un ambizioso obiettivo è quello di estenderla a tessuti e organi», aggiunge la Dott.ssa Francesca Cella Zanacchi, prima autrice dello studio e principale responsabile della costruzione del super microscopio realizzato dal Dipartimento di Nanofisica dell’IIT in meno di due anni.

In futuro, l’IML-SPIM potrà portare alla progettazione e realizzazione di una tecnologia per eseguire esami direttamente sull’uomo: «La nostra ricerca di innovazione è continua, il prossimo passo vedrà il coinvolgimento di più Dipartimenti di IIT e di altri partner esterni per lavorare all’implementazione della tecnica utilizzata da IML-SPIM in una testa endoscopica o in un super microscopio miniaturizzato. In questo modo l’analisi delle molecole e dei meccanismi molecolari alla base di malattie gravi potrebbe essere svolta direttamente sull’uomo, evitando il prelievo dei tessuti», conclude il Prof. Alberto Diaspro.

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