Due teste sono meglio di una, come dice il proverbio, e talvolta due strumenti, ingegnosamente ricombinati, possono realizzare imprese che nessuno dei due avrebbe potuto fare da solo.
Questo è il caso di un microscopio ibrido, nato al Marine Biological Laboratory (MBL), che per la prima volta consente agli scienziati di immaginare simultaneamente l’intero orientamento 3D e la posizione di un insieme di molecole, come le proteine etichettate all’interno delle cellule. La ricerca è pubblicata questa settimana in Atti della National Academy of Sciences.
Il microscopio combina la tecnologia di fluorescenza polarizzata, uno strumento prezioso per misurare l’orientamento delle molecole, con un microscopio a doppio foglio di luce (Dispim), che eccelle sull’imaging lungo l’asse di profondità (assiale) di un campione.
Questo ambito può avere potenti applicazioni. Ad esempio, le proteine cambiano il loro orientamento 3D, in genere in risposta al loro ambiente, che consente loro di interagire con altre molecole per svolgere le loro funzioni.
“Usando questo strumento, è possibile registrare i cambiamenti di orientamento delle proteine 3D”, ha dichiarato il primo autore Talon Chandler della Biohub CZ San Francisco, ex studente universitario dell’Università di Chicago che ha condotto questa ricerca in parte presso MBL. “C’è una vera biologia che potrebbe essere nascosta a te da un solo cambio di posizione di una molecola da sola”, ha detto.
Immaginare le molecole nel mandrino di una cellula divisa – una sfida di lunga data in MBL e altrove – è un altro esempio.
“Con la microscopia tradizionale, inclusa la luce polarizzata, è possibile studiare abbastanza bene il mandrino se si trova sul piano perpendicolare alla direzione di visione. Non appena il piano è inclinato, la lettura diventa ambigua”, ha detto il coautrice Rudolf Oldenbourg, un senior Scienziato di MBL. Questo nuovo strumento consente di “correggere” per l’inclinazione e di catturare ancora l’orientamento 3D e la posizione delle molecole del mandrino (microtubuli).
Il team spera di rendere il loro sistema più veloce in modo da poter osservare come la posizione e l’orientamento delle strutture nei campioni vivi cambiano nel tempo. Sperano anche che lo sviluppo di future sonde fluorescenti consenta ai ricercatori di utilizzare il loro sistema per immaginare una maggiore varietà di strutture biologiche.
Una confluenza di visione
Il concetto di questo microscopio si è gallato nel 2016 attraverso il brainstorming da parte di innovatori nella microscopia che si sono incontrati al MBL.
Hari Shroff di Hhmi Janelia, allora presso il National Institutes of Health (NIH) e un MBL Whitman Fellow, stava lavorando con il suo microscopio dissipato su misura presso MBL, che ha costruito in collaborazione con Abhishek Kumar, ora a MBL.
Il microscopio Dispim ha due percorsi di imaging che si incontrano ad angolo retto sul campione, consentendo ai ricercatori di illuminare e immaginare il campione da entrambe le prospettive. Questa doppia visione può compensare la scarsa risoluzione della profondità di qualsiasi singola visione e illuminare con maggiore controllo sulla polarizzazione rispetto ad altri microscopi.
Nella conversazione, Shroff e Oldenbourg hanno capito che il microscopio a doppia vista potrebbe anche affrontare una limitazione della microscopia ottica polarizzata, ovvero che è difficile illuminare in modo efficiente il campione con luce polarizzata lungo la direzione della propagazione della luce.
“Se avessimo due punti di vista ortogonali, avremmo potuto percepire molto meglio la fluorescenza polarizzata in quella direzione”, ha detto Shroff. “Abbiamo pensato, perché non usare il dispim per prendere alcune misurazioni polarizzate di fluorescenza?”
Shroff aveva collaborato alla MBL con Patrick La Rivière, professore all’Università di Chicago il cui laboratorio sviluppa algoritmi per i sistemi di imaging computazionale. E La Rivière aveva un nuovo studente laureato nel suo laboratorio, Talon Chandler, che ha portato a MBL. La sfida di combinare questi due sistemi divenne tesi di dottorato di Chandler e trascorse l’anno successivo nel laboratorio di Oldenbourg presso la MBL lavorando su di esso.
Il team, che all’inizio includeva Shalin Mehta, quindi con sede a MBL, ha attrezzato il dispim con cristalli liquidi, che ha permesso loro di cambiare la direzione della polarizzazione di input.
“E poi ho trascorso molto tempo a lavorare, come sarebbe una ricostruzione per questo? Qual è il massimo che possiamo recuperare da questi dati che stiamo iniziando ad acquisire?” Disse Chandler. Anche il co-autore Min Guo, che si trovava nel precedente laboratorio di Shroff presso NIH, ha lavorato instancabilmente su questo aspetto, fino a quando non hanno raggiunto il loro obiettivo di ricostruzioni 3D complete di orientamento e posizione molecolare.
“C’era tonnellate di cross-talk tra la MBL, l’Università di Chicago e il NIH, mentre abbiamo lavorato questo”, ha detto Chandler.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
