Gli interni delle cellule viventi possono essere visti nel loro stato naturale in modo più dettagliato che mai utilizzando una nuova tecnica sviluppata da ricercatori in Giappone. Questo progresso dovrebbe aiutare a rivelare le complesse e fragili interazioni biologiche dei misteri medici, come come si sviluppano le cellule staminali o come somministrare farmaci in modo più efficace.

"Il nostro sistema si basa su un concetto semplice, che è uno dei suoi vantaggi, " ha affermato il professore associato Takuro Ideguchi dell'Istituto di ricerca per la scienza e la tecnologia dei fotoni dell'Università di Tokyo. I risultati del team di Ideguchi sono stati pubblicati di recente su ottica , la rivista di ricerca della Optical Society.

Il nuovo metodo ha anche i vantaggi di utilizzare cellule vive senza danneggiarle tramite luce intensa, o attaccando artificialmente tag fluorescenti a molecole specifiche.

La tecnica combina due strumenti di microscopia preesistenti e li utilizza contemporaneamente. La combinazione di questi strumenti può essere pensata semplicemente come un libro da colorare.

"Raccogliamo il contorno in bianco e nero della cellula e coloriamo virtualmente i dettagli su dove si trovano i diversi tipi di molecole, " disse Ideguchi.

La microscopia di fase quantitativa raccoglie informazioni sul profilo in bianco e nero della cellula utilizzando impulsi di luce e misurando lo spostamento delle onde luminose dopo il passaggio attraverso un campione. Queste informazioni vengono utilizzate per ricostruire un'immagine 3D delle principali strutture all'interno della cellula.

L'imaging vibrazionale molecolare fornisce il colore virtuale utilizzando impulsi di luce nel medio infrarosso per aggiungere energia a tipi specifici di molecole. Quell'energia in più fa vibrare le molecole, che riscalda l'ambiente circostante. I ricercatori possono scegliere di aumentare la temperatura di tipi specifici di legami chimici utilizzando diverse lunghezze d'onda della luce nel medio infrarosso.

I ricercatori prendono un'immagine al microscopio di fase quantitativa della cellula con la luce nel medio infrarosso spenta e un'immagine con essa accesa. La differenza tra queste due immagini rivela quindi sia il profilo delle principali strutture all'interno della cellula sia le posizioni esatte del tipo di molecola presa di mira dalla luce infrarossa.

I ricercatori si riferiscono al loro nuovo metodo di imaging combinato come imaging di fase quantitativa biochimica con effetto fototermico nel medio infrarosso.

"Siamo rimasti colpiti quando abbiamo osservato per la prima volta la caratteristica della firma vibrazionale molecolare delle proteine, e siamo stati ulteriormente eccitati quando questo segnale specifico della proteina è apparso nella stessa posizione del nucleolo, una struttura intracellulare dove ci si aspetterebbe un'elevata quantità di proteine, " disse Ideguchi.

Il team di Ideguchi spera che la loro tecnica possa consentire ai ricercatori di determinare la distribuzione dei tipi fondamentali di molecole all'interno delle singole cellule. Il contorno della microscopia di fase quantitativa delle strutture principali potrebbe essere virtualmente colorato utilizzando diverse lunghezze d'onda della luce per indirizzare specificamente le proteine, lipidi (grassi) o acidi nucleici (DNA, RNA).

Attualmente, l'acquisizione di un'immagine completa può richiedere 50 secondi o più. I ricercatori sono fiduciosi di poter accelerare il processo con semplici miglioramenti ai loro strumenti, tra cui una fonte di luce più potente e una fotocamera più sensibile.