I ricercatori del Max Planck Florida Institute for Neuroscience e della Kanazawa University (Giappone) sono riusciti a visualizzare le dinamiche strutturali dei neuroni viventi con una risoluzione spaziale senza precedenti.

Sebbene negli ultimi decenni siano stati compiuti progressi nella ricerca dell'ottimizzazione della microscopia a forza atomica (AFM) per l'imaging di cellule viventi, c'erano ancora una serie di limitazioni e problemi tecnologici che dovevano essere affrontati prima che le questioni fondamentali nella biologia cellulare potessero essere affrontate nelle cellule viventi.

Nella loro pubblicazione di marzo in Rapporti scientifici , i ricercatori del Max Planck Florida Institute for Neuroscience e della Kanazawa University descrivono come hanno costruito il nuovo sistema AFM ottimizzato per l'imaging di cellule vive. Il sistema differisce in molti modi da un AFM convenzionale:utilizza un ago estremamente lungo e affilato attaccato a una piastra altamente flessibile. Il sistema è inoltre ottimizzato per la scansione rapida per acquisire eventi cellulari dinamici. Queste modifiche hanno permesso ai ricercatori di visualizzare le cellule viventi, come linee cellulari di mammifero o neuroni ippocampali maturi, senza alcun segno di danno cellulare.

"Ora abbiamo dimostrato che il nostro nuovo AFM può visualizzare direttamente i cambiamenti morfologici su scala nanometrica nelle cellule viventi", ha spiegato il dottor Yasuda, neuroscienziato e direttore scientifico del Max Planck Florida Institute for Neuroscience.

In particolare, questo studio dimostra la capacità di tracciare le dinamiche strutturali e il rimodellamento della superficie cellulare, come la morfogenesi dei filopodi, increspature della membrana, formazione di fossette o endocitosi, in risposta a stimolanti ambientali. Un esempio di questa capacità può essere visualizzato nel filmato 1, dove viene ripreso un fibroblasto prima e dopo il trattamento con l'ormone dell'insulina, che esalta intensamente l'increspatura al bordo anteriore della cella. Un altro esempio è visto nel film 2, dove si osservano i cambiamenti morfologici di una protrusione neuronale simile a un dito nel neurone ippocampale maturo.

Secondo il dottor Yasuda, le osservazioni riuscite delle dinamiche strutturali nei neuroni vivi presentano la possibilità di visualizzare la morfologia delle sinapsi a risoluzione nanometrica in tempo reale nel prossimo futuro. Poiché i cambiamenti morfologici delle sinapsi sono alla base della plasticità sinaptica e del nostro apprendimento e memoria, questo ci fornirà molte nuove intuizioni sui meccanismi di come i neuroni immagazzinano le informazioni nella loro morfologia, come cambia la forza sinaptica e in definitiva come crea nuova memoria.