Fino a poco tempo fa, se gli scienziati volessero studiare le cellule del sangue, alghe, o batteri al microscopio, hanno dovuto montare queste cellule su un substrato come un vetrino. I fisici delle università di Bielefeld e di Francoforte hanno sviluppato un metodo che intrappola le cellule biologiche con un raggio laser per studiarle a risoluzioni molto elevate. Nei libri e nei film di fantascienza, il principio è noto come "trave del trattore". Utilizzando questa procedura, i fisici hanno ottenuto immagini a superrisoluzione del DNA in singoli batteri. Il fisico Robin Diekmann e i suoi colleghi stanno pubblicando questo nuovo sviluppo nell'ultimo numero della rivista di ricerca Comunicazioni sulla natura .

Uno dei problemi che devono affrontare i ricercatori che vogliono esaminare le cellule biologiche al microscopio è che qualsiasi trattamento preparatorio cambierà le cellule. Molti batteri preferiscono poter nuotare liberamente nella soluzione. Le cellule del sangue sono simili:sono continuamente in rapido flusso, e non rimanere sulle superfici. Infatti, aderendo a una superficie cambia la loro struttura e muoiono.

"Il nostro nuovo metodo ci consente di prendere cellule che non possono essere ancorate alle superfici e quindi utilizzare una trappola ottica per studiarle a una risoluzione molto elevata. Le celle sono tenute in posizione da una specie di raggio ottico traente. Il principio alla base di questo raggio laser è simile al concetto che si trova nella serie televisiva "Star Trek", ' dice il professor Dr. Thomas Huser. È il capo del gruppo di ricerca sulla fotonica biomolecolare presso la Facoltà di Fisica. 'La particolarità è che i campioni non solo sono immobilizzati senza un substrato, ma possono anche essere girati e ruotati. Il raggio laser funziona come una mano estesa per effettuare regolazioni microscopiche.'

I fisici di Bielefeld hanno ulteriormente sviluppato la procedura per l'uso nella microscopia a fluorescenza a superrisoluzione. Questa è considerata una tecnologia chiave in biologia e biomedicina perché fornisce il primo modo per studiare i processi biologici nelle cellule viventi su larga scala, cosa che in precedenza era possibile solo con la microscopia elettronica. Per ottenere immagini con tali microscopi, i ricercatori aggiungono sonde fluorescenti alle cellule che desiderano studiare, e questi si accenderanno quando un raggio laser viene diretto verso di loro. Un sensore può quindi essere utilizzato per registrare questa radiazione fluorescente in modo che i ricercatori possano persino ottenere immagini tridimensionali delle cellule.

Nel loro nuovo metodo, i ricercatori di Bielefeld utilizzano un secondo raggio laser come trappola ottica in modo che le cellule fluttuano sotto il microscopio e possono essere spostate a piacimento. 'Il raggio laser è molto intenso ma invisibile ad occhio nudo perché utilizza la luce infrarossa, ' dice Robin Diekmann, un membro del gruppo di ricerca sulla fotonica biomolecolare. "Quando questo raggio laser è diretto verso una cellula, si sviluppano forze all'interno della cellula che la trattengono nel fuoco del raggio, "dice Diekmann. Usando il loro nuovo metodo, i fisici di Bielefeld sono riusciti a trattenere e ruotare le cellule batteriche in modo tale da poter ottenere immagini delle cellule da più lati. Grazie alla rotazione, i ricercatori possono studiare la struttura tridimensionale del DNA con una risoluzione di circa 0,0001 millimetri.

Il professor Huser e il suo team vogliono modificare ulteriormente il metodo in modo che consenta loro di osservare l'interazione tra le cellule viventi. Avrebbero quindi potuto studiare, Per esempio, come i germi penetrano nelle cellule.

Per sviluppare i nuovi metodi, gli scienziati di Bielefeld stanno lavorando insieme al Prof. Dr. Mike Heilemann e Christoph Spahn dell'Università Johann Wolfgang Goethe di Francoforte sul Meno.