Nel passato, molte scoperte sono state fatte perché meglio, sono stati resi disponibili metodi di misurazione più accurati, permettendo di ottenere dati da fenomeni precedentemente inesplorati. Per esempio, la microscopia ad alta risoluzione ha iniziato a cambiare radicalmente le nostre prospettive sulla funzione e la dinamica delle cellule. Ricercatori del Cluster of Excellence ImmunoSensation2 dell'Università di Bonn, l'ospedale universitario e il centro di ricerca caesar hanno ora sviluppato un metodo che consente di utilizzare immagini multifocali per ricostruire il movimento di processi biologici veloci in 3D. Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Molti processi biologici avvengono su una scala da nano a millimetrica e in pochi millisecondi. Metodi consolidati come la microscopia confocale sono adatti per registrazioni 3D precise ma mancano della risoluzione temporale o spaziale per risolvere processi 3D veloci e richiedono campioni etichettati. Per molte ricerche in biologia, l'acquisizione di immagini a frame rate elevati è essenziale per registrare e comprendere i principi che governano le funzioni cellulari oi comportamenti veloci degli animali. La sfida che devono affrontare gli scienziati può essere paragonata a quella di seguire un'avvincente partita di tennis:a volte non è possibile seguire con precisione la pallina in rapido movimento, o la palla non viene scoperta prima che sia già fuori campo.

Con i metodi precedenti, i ricercatori non sono stati in grado di seguire lo scatto perché l'immagine era sfocata o l'oggetto di interesse semplicemente non era più nel campo visivo dopo che la foto è stata scattata. I metodi di imaging multifocale standard consentono l'imaging 3D ad alta velocità, ma sono limitati dal compromesso tra alta risoluzione e ampio campo visivo, e spesso richiedono etichette fluorescenti luminose.

Per la prima volta, il metodo qui descritto consente di utilizzare l'imaging multifocale sia con un ampio campo visivo che con un'elevata risoluzione spazio-temporale. In questo studio, gli scienziati seguono il movimento di strutture sferiche e filamentose non etichettate in modo rapido e preciso.

Come molto sorprendentemente descritto nello studio, il nuovo metodo ora fornisce nuove informazioni sulla dinamica del battito flagellare e la sua connessione con il comportamento di nuoto degli spermatozoi. Questa connessione è stata possibile perché i ricercatori sono stati in grado di registrare con precisione il battito flagellare dello sperma che nuota liberamente in 3D per un lungo periodo di tempo e contemporaneamente seguire le traiettorie degli spermatozoi individuali. Inoltre, gli scienziati hanno determinato il flusso del fluido 3D attorno allo sperma battente. Tali risultati non solo aprono la porta alla comprensione delle cause dell'infertilità, ma potrebbe essere utilizzato anche nella cosiddetta "bionica, " cioè., il trasferimento dei principi presenti in natura alle applicazioni tecniche.

I ricercatori del Cluster of Excellence ImmunoSensation2 possono già utilizzare il nuovo metodo e non solo per osservare lo sperma. Questo metodo potrebbe essere utilizzato anche per determinare le mappe di flusso 3D che risultano dal battito delle ciglia mobili. Le ciglia mobili battono in modo simile alla coda dello sperma e al fluido di trasporto. Il flusso guidato dalle ciglia svolge un ruolo importante nel ventricolo del cervello o nelle vie aeree dove serve a trasportare il muco dai polmoni alla gola:è anche così che i patogeni vengono trasportati e allontanati.

Il concetto di imaging multifocale riportato in questo studio è conveniente, può essere facilmente implementato, e non si basa sull'etichettatura degli oggetti. I ricercatori affermano che il loro nuovo metodo può trovare la sua strada anche in altri campi, e vedono molte altre potenziali applicazioni.