Osservare le cellule viventi senza modificarle, preservandone le condizioni naturali e aprendo nuove prospettive per la ricerca biomedica. È questo il risultato raggiunto dai ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), che hanno sviluppato una nuova tecnica di microscopia ottica capace di migliorare in modo significativo lo studio dei processi biologici cellulari senza ricorrere a mezzi di contrasto.
Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica Optics Letters, è stato condotto dall’unità Nanoscopy dell’IIT sotto la guida di Alberto Diaspro, con il contributo dei ricercatori Nicolò Incardona e Paolo Bianchini. La tecnica rappresenta un importante passo avanti rispetto ai metodi tradizionali, che spesso richiedono colorazioni o marcatori fluorescenti in grado di alterare, anche se minimamente, lo stato delle cellule.
Il microscopio ottico è da sempre uno strumento centrale per lo studio della biologia cellulare, ma la naturale trasparenza delle cellule rende difficile osservarle senza l’uso di tecniche di contrasto. Nel tempo sono stati sviluppati diversi approcci, come la microscopia a polarizzazione o quella in campo oscuro, capaci di migliorare la visibilità di alcune strutture. Tuttavia, queste metodologie non consentono sempre un livello di dettaglio sufficiente per analisi molecolari approfondite.
Per superare questo limite, i ricercatori dell’IIT hanno combinato microscopia a polarizzazione e microscopia in campo oscuro, ottenendo un contrasto elevato senza ricorrere alla fluorescenza. Il risultato è una visione più fedele delle cellule viventi, che mantiene intatta l’integrità del campione e permette di studiare i fenomeni biologici in modo meno invasivo.
“L’idea è quella di utilizzare questa tecnica per studiare la cromatina, il complesso formato da DNA e proteine che si trova nel nucleo delle cellule. Capire come la cromatina è organizzata e come cambia nel tempo è fondamentale per comprendere numerosi processi biologici e per individuare le alterazioni alla base di molte malattie”, spiega Nicolò Incardona, ricercatore dell’unità Nanoscopy, recentemente rientrato in Italia dopo sette anni di attività all’Università di Valencia.
Rispetto alla microscopia a fluorescenza, oggi largamente utilizzata perché consente di identificare con precisione componenti cellulari specifici grazie a molecole luminescenti, la nuova tecnica presenta però ancora un limite: non permette di distinguere in modo selettivo le diverse strutture molecolari. È proprio su questo aspetto che si concentrano ora le prospettive future della ricerca.
Il team sta infatti lavorando a un sistema integrato che combini la nuova metodologia con la microscopia a fluorescenza, utilizzando la correlazione tra le immagini ottenute per addestrare modelli di intelligenza artificiale. L’obiettivo è ambizioso: generare immagini con contenuto molecolare specifico senza dover marcare le cellule.
“Il nostro prossimo obiettivo è di costruire un modello di IA in grado di genere immagini a fluorescenza con contenuto molecolare, quindi specifiche, a partire da quelle ottenute con la nostra tecnica, eliminando così la necessità di etichette nelle cellule in analisi - afferma Alberto Diaspro, coordinatore dell’unità Nanoscopy - Si tratta di un obiettivo ambizioso, che potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di tecniche di microscopia completamente non invasive”.
Un’evoluzione che potrebbe avere ricadute decisive nello studio di patologie oncologiche e neurodegenerative, consentendo analisi sempre più precise e rispettose della fisiologia cellulare. Il progetto è stato sostenuto da importanti programmi di ricerca nazionali ed europei, tra cui ALM-Eurobioimaging e diversi finanziamenti del PNRR, confermando il ruolo dell’IIT come centro di eccellenza nella ricerca scientifica internazionale.