I ricercatori dell'Helmholtz Zentrum Muenchen hanno sviluppato un metodo per visualizzare l'espressione genica delle cellule con un microscopio elettronico. Sebbene la microscopia elettronica attualmente fornisca lo sguardo più dettagliato sulle cellule, non può differenziare quali programmi genetici vengono eseguiti all'interno delle singole cellule. Il nuovo metodo può ora avere uno sguardo più da vicino utilizzando nanosfere geneticamente programmate di diverse dimensioni come marcatori "multicolori", che potrebbe anche essere utile per indagare su come vengono immagazzinati i ricordi nelle reti neuronali.

Cosa sta succedendo esattamente nelle cellule? Questa domanda ha tenuto impegnati gli scienziati per decenni. Per etichettare piccole strutture, gli scienziati hanno utilizzato proteine ​​fluorescenti. Questo metodo funziona bene ma presenta degli svantaggi a causa della risoluzione relativamente scarsa dei microscopi ottici. Sebbene i microscopi elettronici consentano uno sguardo più ravvicinato, afferma il prof. Dr. Gil Gregor Westmeyer, "Finora non ci sono quasi soluzioni per l'etichettatura genetica multicolore delle cellule per questa tecnologia, in modo tale da poter distinguere direttamente le diverse cellule." Dirige un gruppo di ricerca presso l'Istituto per l'imaging biologico e medico (IBMI) dell'Helmholtz Zentrum München ed è professore di imaging molecolare presso la TUM School of Medicine.

Nanoscomparti come etichette multicolori per microscopia elettronica

Westmeyer e colleghi hanno lavorato per qualche tempo con le cosiddette encapsuline. Questi sono piccoli, proteine ​​non tossiche da batteri. Le incapsuline si assemblano automaticamente in nanocompartimenti in cui le reazioni chimiche possono svolgersi senza disturbare il metabolismo della cellula. A seconda delle condizioni sperimentali, nanocompartimenti con diametri diversi si formano all'interno delle cellule viventi tramite la programmazione genetica. "Analogo alla tavolozza dei colori nella microscopia a fluorescenza, il nostro metodo trasforma la geometria in un'etichetta per la microscopia elettronica, " aggiunge Felix Sigmund del gruppo di ricerca di Westmeyer.

Per ottenere un forte contrasto nelle immagini al microscopio elettronico, i ricercatori usano l'enzima ferrossidasi, che può essere incapsulato all'interno delle incapsuline. Se gli ioni di ferro entrano nel lume interno attraverso i pori dei nanocompartimenti, gli ioni di ferro bivalente vengono ossidati dall'enzima nella loro forma trivalente. Questo crea ossidi di ferro insolubili che rimangono all'interno. I metalli creano buoni contrasti perché "inghiottono" gli elettroni, paragonabili alle ossa dense in un'immagine a raggi X, che assorbono fortemente i raggi X. Questa speciale proprietà materiale delle incapsuline le rende chiaramente visibili nelle immagini.

Seguendo i tratti neuronali

Con il loro nuovo metodo, i ricercatori ora studieranno anche i circuiti neurali. Nonostante l'impressionante risoluzione della microscopia elettronica, il metodo non può distinguere in modo affidabile alcuni tipi di neuroni all'interno del cervello. "Con i nostri nuovi geni reporter, potremmo etichettare cellule specifiche e poi leggere quale tipo di cellula nervosa fa quali connessioni e in quale stato si trovano le cellule, " aggiunge Westmeyer.

Questa nuova tecnologia giornalistica potrebbe quindi anche aiutare a scoprire l'esatto schema elettrico dei cervelli ea studiare più da vicino come vengono immagazzinati i ricordi nelle reti neuronali.