Una delle più grandi sfide della scienza è lo studio dell'anatomia e dell'architettura cellulare del cervello. Una nuova tecnica promettente, sviluppato da scienziati in Italia, Regno Unito e Germania, sta ora mettendo a fuoco i dettagli microscopici del cervello anche su volumi macroscopici.

In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Metodi della natura , i ricercatori descrivono come il loro sistema, chiamato Rapid Autofocus tramite Pupil-split Image Phase Detection (o RAPID), rappresenta una svolta nell'imaging del cervello di topo.

Questa nuova tecnica potrebbe avere ripercussioni significative nelle neuroscienze, rendendo possibile un'analisi quantitativa dell'architettura cerebrale a livello subcellulare.

Dott. Ludovico Silvestri, primo autore dello studio e ricercatore in fisica della materia presso l'Università di Firenze in Italia, ha dichiarato:"La mancanza di strumenti in grado di analizzare grandi volumi ad alta risoluzione ha limitato i nostri studi sulla struttura dell'intero cervello a un livello approssimativo, livello di bassa risoluzione.

"Il metodo attualmente impiegato di microscopia a foglio leggero combinato con protocolli chimici in grado di rendere trasparenti i tessuti biologici, non riesce a mantenere un'alta risoluzione in campioni più grandi di poche centinaia di micron."

Dott. Leonardo Sacconi, dell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO), un coautore del documento, ha aggiunto:"Al di là di queste dimensioni, il tessuto biologico comincia a comportarsi come una lente, interrompendo l'allineamento del microscopio e di conseguenza rendendo le immagini sfocate."

Con RAPIDO, i ricercatori propongono una nuova tecnologia di autofocalizzazione compatibile con la microscopia a foglio leggero in grado di correggere automaticamente in tempo reale i disallineamenti introdotti dal campione stesso. In centimetri cubi, campioni eliminati, come cervelli di topo intatti, la messa a fuoco automatica rimuove il degrado dell'immagine per consentire analisi quantitative avanzate.

Il nuovo metodo si ispira ai sistemi di autofocus ottico presenti nelle fotocamere reflex, dove un insieme di prismi e lenti trasforma la sfocatura dell'immagine in un movimento laterale. Ciò consente di stabilizzare in tempo reale l'allineamento del microscopio, producendo più nitido, immagini più ricche di dettagli.

Dott.ssa Caroline Müllenbroich, un borsista Marie Skłodowska Curie e docente presso la School of Physics and Astronomy dell'Università di Glasgow è coautore del documento. Il Dr. Müllenbroich ha contribuito alla progettazione e all'implementazione del microscopio e del sistema di messa a fuoco automatica.

Il Dr. Müllenbroich ha dichiarato:"Mentre abbiamo originariamente inventato RAPID per la microscopia a foglio leggero, questa tecnologia di messa a fuoco automatica è effettivamente adatta a tutte le tecniche di microscopia a campo ampio. È molto versatile e indipendente dal campione con molteplici applicazioni oltre le neuroscienze".

L'alta risoluzione garantita da RAPID, che è anche oggetto di brevetto internazionale di proprietà di Unifi, il Laboratorio Europeo di Spettroscopia Nonlineare (LENS) e CNR—ha permesso ai ricercatori di studiare su scala cerebrale intera problemi precedentemente analizzati solo in piccoli, aree locali.

Per esempio, è stata studiata la distribuzione spaziale di un particolare tipo di neuroni, che esprimono la somatostatina, mostrando come queste cellule tendano ad organizzarsi in cluster spaziali, che si sospetta rendano più efficace la loro azione inibitoria.

Un'altra applicazione riguarda la microglia, un insieme di cellule con funzioni diverse (dalla risposta ai patogeni alla regolazione della plasticità neuronale), la cui forma cambia a seconda del ruolo che svolgono. L'analisi della microglia eseguita con RAPID ha rivelato differenze significative tra le varie regioni del cervello, aprendo la strada a nuovi studi sul ruolo di questa popolazione cellulare.

La carta della squadra, intitolato "Autofocus universale per la microscopia volumetrica quantitativa di cervelli di topo intero, " è pubblicato su Nature Methods.