Un nuovo microscopio mette a fuoco le cellule incandescenti
Un nuovo strumento per studiare la vita in movimento
I ricercatori della Helmholtz di Monaco e dell'Università Tecnica di Monaco hanno sviluppato un nuovo microscopio che migliora significativamente le modalità di osservazione dei segnali bioluminescenti nelle cellule viventi. Il sistema, noto come QIScope, si basa su una tecnologia di telecamere altamente sensibili in grado di rilevare livelli di luce estremamente bassi. Grazie a una risoluzione delle immagini più nitida, a un campo visivo più ampio e all'integrazione con altri metodi di imaging, QIScope apre nuove opportunità per studiare i sistemi viventi in modo più dettagliato e per periodi più lunghi.
Nell'imaging di bassi livelli proteici in cellule vive sul QIScope ad alta sensibilità, la bioluminescenza (blu) supera significativamente la fluorescenza (verde)
Ruyu Ma - Helmholtz Munich
Bioluminescenza: Una luce delicata per la comprensione biologica
La bioluminescenza, l'emissione di luce prodotta da enzimi specifici in alcune cellule viventi, è uno strumento potente nelle scienze della vita. A differenza dell'imaging a fluorescenza, che si basa su una forte illuminazione esterna che può interferire con il comportamento delle cellule o oscurare i segnali più sottili, la bioluminescenza offre un'alternativa più delicata per le osservazioni a lungo termine. Il suo principale svantaggio, tuttavia, è la debolezza della luce emessa, che ha reso tecnicamente difficile l'imaging dettagliato.
Il design ispirato ai telescopi incontra un sensore sensibile
Per superare questa limitazione, il team guidato dal Dr. Jian Cui ha esplorato l'uso dei sensori di immagine a quanti (QIS), una nuova tecnologia di fotocamera che ha dimostrato di superare le fotocamere comunemente utilizzate (EMCCD) in condizioni di scarsa illuminazione. Per sfruttare appieno il potenziale del QIS, i ricercatori hanno sviluppato un sistema ottico non convenzionale che combina le caratteristiche di un telescopio e di un microscopio, dando vita al QIScope. "Per sfruttare appieno le capacità del sensore, ci siamo ispirati al layout ottico dei telescopi", spiega Ruyu Ma, primo autore dello studio e dottorando di ricerca presso l'Helmholtz Pioneer Campus. "Combinando questo approccio con la telecamera QIS, abbiamo creato un sistema in grado di rivelare i processi cellulari con una chiarezza e una sensibilità che non erano possibili con il sistema più avanzato".
Catturare sottili cambiamenti nelle cellule viventi
Il team di ricercatori ha dimostrato che QIScope è in grado di tracciare dinamiche su scala fine nelle cellule viventi, come il movimento delle vescicole e il comportamento delle proteine a bassa abbondanza, per periodi prolungati.
"Il nostro microscopio offre una maggiore sensibilità, una migliore risoluzione, un campo visivo più ampio e una gamma dinamica più elevata: tutte cose che si desiderano per gli esperimenti di imaging su cellule vive", afferma Jian Cui, responsabile dello studio. "Inoltre, integra altri metodi di imaging come l'epifluorescenza e, in linea di principio, il contrasto di fase. Questo apre le porte all'osservazione dei sistemi viventi con un disturbo molto minore, che è essenziale per comprendere i processi biologici complessi nella salute e nella malattia".
Un nuovo strumento per studiare la vita in movimento
Risolvendo le principali limitazioni dell'imaging tradizionale a bioluminescenza, il QIScope fornisce ai ricercatori uno strumento prezioso per studiare una serie di sistemi biologici, dalle singole cellule agli organoidi e ai modelli di tessuto. La sua capacità di rivelare cambiamenti sottili e a lungo termine nel comportamento delle cellule può favorire il progresso in diverse aree di ricerca, tra cui la biologia cellulare, la modellazione delle malattie e la scoperta di farmaci.
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Pubblicazione originale
Ruyu Ma, Luciano M. Santino, Tomáš Chobola, Niklas Armbrust, Julian Geilenkeuser, Sapthagiri Sukumaran, Zhizi Jing, Anastasia Levkina, Korneel Ridderbeek, Tingying Peng, Dong-Jiunn Jeffery Truong, Sebastian Doll, Gil Gregor Westmeyer, Jian Cui; "A telescopic microscope equipped with a quanta image sensor for live-cell bioluminescence imaging"; Nature Methods, 2025-5-29
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