Un nuovo microscopio ottico a super risoluzione per il futuro della medicina

Da Genova – I ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia hanno ideato un nuovo tipo di microscopio a super-risoluzione, il microscopio SW-2PE-STED, che nei prossimi anni potrà rendere possibile l’analisi diretta e ad altissima risoluzione dei tessuti biologici senza bisogno di una biopsia. L’invenzione, descritta sulla prestigiosa rivista internazionale PNAS in un articolo intitolato “Single wavelength 2PE-STED super-resolution imaging”, è stata realizzata da quattro giovani ricercatori del Dipartimento di Nanofisica di IIT coordinati dal Prof. Alberto Diaspro, Direttore del Dipartimento.
Il nuovo microscopio SW-2PE-STED unisce in un unico strumento la nanoscopia ottica STED e la microscopia a doppio fotone (2PE), due tecniche avanzate di imaging. Il nanoscopio ottico STED (Stimulated Emission Depletion) rappresenta l’ultima frontiera della microscopia in fluorescenza, ed è una tecnologia giovane che permette di superare i limiti risolutivi della microscopia tradizionale; esso, infatti, consente di ottenere immagini dettagliate di sistemi cellulari alla scala del nanometro. La microscopia a multifotone permette di osservare sistemi biologici – singole cellule, tessuti o organi – in profondità, potendo penetrare in spessori di circa 800 micron.
“Il nostro gruppo ha una forte competenza nella microscopia STED e nella microscopia a due fotoni” dichiara il dott. Paolo Bianchini, 34 anni, team leader al Dipartimento di Nanofisica di IIT e primo autore dell’articolo, “Ciò ci ha permesso di pensare a delle piccole ma importanti variazioni: innanzitutto utilizzare un solo tipo di luce laser sia per stimolare sia per controllare la fluorescenza del campione, e infine modificare l’architettura dello strumento per aumentare la risoluzione di circa quattro-cinque volte, sfruttando la microscopia a doppio fotone”.
In un normale nanoscopio STED, la super-risoluzione è garantita dalla presenza di due fasci laser di diverso colore (i.e. lunghezza d’onda) che interagiscono con il campione biologico in modo differente: uno che lo illumina interamente per stimolarne la fluorescenza, l’altro che lo colpisce lungo una zona a forma di ciambella per regolarne la fluorescenza – quello che si realizza è una sorta di “strizzamento” dell’immagine fluorescente nel centro della ciambella, punto di fuoco del nanoscopio. Il nuovo microscopio SW-2PE-STED utilizza una sorgente di luce laser ad una unica “magica” lunghezza d’onda, il cui fascio luminoso viene suddiviso in due: il primo stimola il fenomeno dell’eccitazione multifotonica, il secondo, dalla caratteristica forma a ciambella, “strizza” l’informazione per ottenere una immagine in super risoluzione. Si uniscono così la capacità dell’eccitazione multifotonica a penetrare in tessuti e organi e quella del fascio a “ciambella” per portare la risoluzione sempre più vicina a quella di un microscopio elettronico.

“Oltre a riuscire coniugare in un unico strumento due tecniche avanzate, il nostro lavoro è importante perché la luce che utilizziamo ha un’energia che non danneggia il campione biologico che vogliamo analizzare”, commenta il Prof. Diaspro, “In futuro potremo studiare i meccanismi molecolari di tessuti e organi del nostro corpo senza estrarre le cellule dal campione ma direttamente. E i campi di applicazione potranno essere molteplici, dalle neuroscienze alla comprensione delle malattie oncologiche”.