Progressi nella biologia cellulare, la scienza dei materiali e l'imaging si stanno combinando per creare strumenti che consentiranno ai ricercatori di monitorare in tempo reale e con una risoluzione super fine ciò che accade all'interno di una singola cellula.

Essere in grado di visualizzare i processi cellulari mentre si verificano è visto come una parte fondamentale per capire quali cambiamenti si verificano quando la malattia colpisce e come tale processo potrebbe essere prevenuto, invertita o altrimenti curata.

Per molti decenni, gli scienziati si sono affidati all'uso di molecole di colorante che vengono assorbite nelle cellule per visualizzare il loro comportamento.

Queste molecole coloranti, originariamente adattato dai coloranti utilizzati nell'industria tessile, hanno subito sviluppo e miglioramento, ma i loro principi e proprietà di base rimangono in gran parte gli stessi.

Un grave inconveniente è l'oscuramento o lo sbiadimento dei coloranti quando sono esposti alla luce ad alta intensità per l'imaging. Gli scienziati hanno solo una piccola finestra di tempo per l'immagine della cellula, creando un'istantanea degli eventi cellulari piuttosto che in corso, monitoraggio in tempo reale.

Nel frattempo, l'imaging molecolare e la microscopia sono avanzati al punto in cui è possibile una risoluzione superfine e l'imaging in tempo reale, non solo a livello di cellule intere, ma all'interno di una cellula e dei suoi vari componenti.

Questo sta ispirando i microbiologi a collaborare con gli ingegneri dei materiali per sviluppare nuovi biomateriali luminescenti che, come un faro aereo, consentono agli scienziati di monitorare e visualizzare i processi cellulari senza avere un impatto negativo sulla cellula vivente.

In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Metodi della natura , ricercatori della University of Technology Sydney (UTS) e della University of Wollongong (UOW), insieme ai colleghi dell'Università di Pechino, Cina, e l'Università di Gottinga, Germania, hanno delineato come le sonde a emissione di luce potrebbero essere applicate dagli scienziati della vita nella visualizzazione dei processi cellulari.

L'autore principale, il distinto professor Dayong Jin di UTS, ha affermato che gli scienziati dei materiali hanno compiuto enormi progressi nello sviluppo di nuove strutture estremamente piccole, paragonabili alle dimensioni di una molecola proteica, che emettono luce con maggiore luminosità e precisione rispetto alle classiche molecole di colorante.

"Possiamo prendere nanomateriali, come particelle di plastica o ceramica che emettono luce, e consegnarli al sito in questione. Varie altre tecniche aiutano la particella a passare attraverso la parete cellulare e possiamo visualizzare cosa sta succedendo all'interno del macchinario molecolare.

"Abbiamo notato progressi come la capacità di misurare i cambiamenti nel trasporto all'interno di un neurone a causa di malattie cerebrali, "Il professor Jin ha detto. "Queste particelle avanzate consentono anche di utilizzare diversi colori e segnali di impulso contemporaneamente in modo da poter effettivamente codificare visivamente geni o proteine ​​per vedere come questi vengono tradotti e trascritti - la codifica della vita stessa.

"Questo è un momento entusiasmante per le comunità di biologia cellulare e scienza dei materiali che ora hanno un'opportunità senza precedenti di esplorare l'imaging cellulare con una precisione e una risoluzione senza precedenti.

Co-autore Illustre professor Antoine van Oijen, che guida l'iniziativa Molecular Horizons di UOW, ha affermato che l'articolo ha evidenziato come riunire la comunità della scienza dei materiali con gli scienziati delle scienze della vita sarebbe fondamentale per illuminare gli intricati dettagli di come funziona la vita.

"Comprensione dei processi patologici, e quindi sviluppo di cure, si affida alla nostra comprensione dei processi cellulari:come fanno le varie biomolecole all'interno delle nostre cellule a svolgere il loro lavoro? Cosa succede quando smettono di fare il loro lavoro correttamente e la malattia colpisce?

"Al momento, scienziati e operatori sanitari sono molto preoccupati per la resistenza antimicrobica, che potrebbe rendere inutili alcuni farmaci e, nel peggiore dei casi, vedere il riemergere di malattie che non hanno turbato la società per decenni.

"Ora siamo a un punto in cui i ricercatori devono sviluppare e produrre nuovi antibiotici, e i medici devono usarli con saggezza. Comprendere i processi di funzionamento dei farmaci a livello molecolare è la chiave per lo sviluppo di questi nuovi farmaci".

Questi metodi e le collaborazioni di ricerca che li sostengono saranno un obiettivo chiave per Molecular Horizons, una struttura di ricerca da 80 milioni di dollari attualmente in costruzione presso il campus di Wollongong dell'UOW. Fornirà ai ricercatori l'accesso a nuovi strumenti per la visualizzazione dei processi biologici che aiuteranno a svelare i segreti più intimi della cellula ea sviluppare nuovi modi per rilevare e attaccare le malattie.