Gli scienziati del National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) hanno combinato due diverse tecnologie di microscopi per creare immagini più nitide dei processi in rapido movimento all'interno di una cellula.

In un articolo pubblicato oggi in Metodi della natura , Hari Shroff, dottorato di ricerca, capo della sezione di laboratorio di NIBIB sull'imaging ottico ad alta risoluzione (HROI), descrive i suoi nuovi miglioramenti alla tradizionale microscopia a fluorescenza a riflessione interna totale (TIRF). La microscopia TIRF illumina il campione con un angolo acuto in modo che la luce rifletta indietro, illuminando solo una sezione sottile del campione che è estremamente vicino al coprioggetto. Questo processo crea immagini ad altissimo contrasto perché elimina gran parte dello sfondo, sfocato, luce che i microscopi convenzionali raccolgono.

Mentre la microscopia TIRF è stata utilizzata per decenni nella biologia cellulare, produce immagini sfocate di piccole caratteristiche all'interno delle celle. Nel passato, le tecniche di microscopia a super risoluzione applicate ai microscopi TIRF sono state in grado di migliorare la risoluzione, ma tali tentativi hanno sempre compromesso la velocità, rendendo impossibile l'immagine chiara di oggetti che si muovono rapidamente. Di conseguenza, molti processi cellulari rimangono troppo piccoli o veloci per essere osservati.

Shroff e il suo team si sono resi conto che se potevano prendere un'alta velocità, microscopio a super-risoluzione e modificarlo per agire come un microscopio TIRF, potrebbero ottenere i benefici di entrambi. Microscopia a illuminazione strutturata istantanea (iSIM), sviluppato dal laboratorio Shroff nel 2013, può catturare video a 100 fotogrammi al secondo, che è più di 3 volte più veloce della maggior parte dei film o dei video su Internet. Però, iSIM non ha il contrasto dei microscopi TIRF. Il team ha progettato una semplice "maschera" che bloccava la maggior parte dell'illuminazione dall'iSIM, imitando un microscopio TIRF. La combinazione dei punti di forza di entrambi i tipi di microscopia ha permesso ai ricercatori di osservare oggetti in rapido movimento circa 10 volte più velocemente di altri microscopi con una risoluzione simile.

"La microscopia TIRF esiste da più di 30 anni ed è così utile che probabilmente lo sarà per almeno i prossimi 30, " ha affermato Shroff. "Il nostro metodo migliora la risoluzione spaziale della microscopia TIRF senza compromettere la velocità, cosa che nessun altro microscopio può fare. Speriamo che ci aiuti a chiarire la biologia ad alta velocità che altrimenti potrebbe essere nascosta o offuscata da altri microscopi in modo da poter capire meglio come funzionano i processi biologici".

Per esempio, con il nuovo microscopio, Shroff e il suo team sono stati in grado di seguire le particelle Rab11 in rapido movimento vicino alla membrana plasmatica delle cellule umane. Attaccato al carico molecolare che viene trasportato intorno alla cellula, queste particelle si muovono così velocemente da risultare sfocate quando vengono riprese da altri microscopi. Hanno anche usato la loro tecnica per rivelare la dinamica e la distribuzione spaziale degli HRa, una proteina che è stata implicata nel facilitare la crescita dei tumori cancerosi. Come per tutti i microscopi sviluppati dal team Shroff, i ricercatori sono invitati a contattare il laboratorio per provare il microscopio, o per acquisire schemi gratuiti della tecnologia.