Un nuovo microscopio rivoluziona l’osservazione delle cellule: rileva segnali 14 volte più intensi, funziona senza coloranti e permette di studiare strutture micro e nano con una precisione mai raggiunta prima
Nuovo microscopio “super‑sensibile”: 14 volte più potente e senza coloranti, svolta per biotecnologie e farmaceutica.
I ricercatori Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura e Takuro Ideguchi dell’University of Tokyo hanno costruito un microscopio in grado di rilevare un segnale su un intervallo di intensità quattordici volte più ampio rispetto ai microscopi convenzionali. Inoltre, le osservazioni vengono effettuate senza marcatori, cioè senza l’uso di coloranti aggiuntivi. Ciò significa che il metodo è delicato sulle cellule e adatto a osservazioni a lungo termine, offrendo potenziale per applicazioni di test e controllo qualità nelle industrie farmaceutiche e biotecnologiche. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Communications (1).
I microscopi hanno svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo della scienza fin dal XVI secolo. Tuttavia, i progressi hanno richiesto non solo strumenti e analisi più sensibili e accurati, ma anche più specializzati. Pertanto, le moderne tecniche all’avanguardia hanno dovuto destreggiarsi tra vari compromessi. La microscopia a fase quantitativa (Quantitative phase microscopy - QPM) sfrutta la luce diffusa in avanti e può rilevare strutture alla scala microscopica (in questo studio, oltre i 100 nanometri), ma non più piccole. Di conseguenza, questa tecnica è stata utilizzata principalmente per ottenere immagini statiche di strutture cellulari relativamente complesse. La microscopia a scattering interferometrico (iSCAT), invece, sfrutta la luce diffusa all’indietro e può rilevare strutture piccole quanto singole proteine. In quanto tale, può essere utilizzata per “tracciare” singole particelle, consentendo di comprendere i cambiamenti dinamici all’interno della cellula, ma non può fornire la visione complessiva che la QPM è in grado di offrire.
«Vorrei comprendere i processi dinamici all’interno delle cellule viventi utilizzando metodi non invasivi», afferma i dottor Kohki Horie, uno dei primi autori.
Pertanto, il team di ricerca ha deciso di indagare se misurare simultaneamente entrambe le direzioni della luce potesse superare il compromesso e rivelare un’ampia gamma di dimensioni e movimenti dalla stessa immagine. Per verificare l’idea e confermare che il loro microscopio appena costruito funzionasse come sperato, i ricercatori hanno cercato di osservare ciò che accade durante la morte cellulare. Hanno registrato un’unica immagine che codificava informazioni provenienti sia dalla luce che viaggia in avanti sia da quella che viaggia all’indietro.
«La nostra sfida più grande», spiega Toda, un altro dei primi autori, «era separare in modo pulito due tipi di segnali da un’unica immagine mantenendo basso il rumore ed evitando mescolamenti tra di essi».
Di conseguenza, sono riusciti a quantificare non solo il movimento delle strutture cellulari (micro), ma anche quello di minuscole particelle (nano). Inoltre, confrontando la luce diffusa in avanti e quella diffusa all’indietro, hanno potuto anche stimare la dimensione e l’indice di rifrazione di ciascuna particella, una proprietà che descrive quanto la luce si piega o si disperde quando attraversa le particelle.
«Abbiamo in programma di studiare particelle ancora più piccole», afferma Toda, già proiettato verso le ricerche future, «come esosomi e virus, e di stimarne la dimensione e l’indice di rifrazione in diversi campioni. Vogliamo anche rivelare come le cellule viventi si avvicinano alla morte controllandone lo stato e verificando i nostri risultati con altre tecniche».
Riferimenti:
(1) Bidirectional quantitative scattering microscopy
Descrizione foto: Illustrazione concettuale del microscopio a diffusione quantitativa bidirezionale, che rileva la luce diffusa sia in avanti che all'indietro dalle cellule. Questo doppio rilevamento consente la visualizzazione di strutture che vanno dalla morfologia della cellula intera alle particelle su scala nanometrica. - Credit: Horie et al 2025.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The “Great Unified Microscope” can see both micro and nanoscale structures