La tecnologia dell'imaging ha permesso di esaminare le cellule cerebrali in maniera senza precedenti, con la massima risoluzione possibile.
Ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno fatto un importante passo avanti nel campo delle neuroscienze con lo sviluppo di un nuovo sistema di microscopio. Questo strumento innovativo è in grado di penetrare in profondità nei tessuti cerebrali per rilevare l'attività molecolare delle singole cellule.
Il sistema di microscopio, guidato dal neuroscienziato Mriganka Sur, dal professor di ingegneria meccanica Peter So e dal principale ricercatore Brian Anthony, è stato progettato dal dottorando in ingegneria meccanica W. David Lee. Il lavoro del team è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Una delle caratteristiche chiave di questo nuovo microscopio è la sua natura priva di etichette. A differenza dei microscopi tradizionali, non richiede l'aggiunta di sostanze chimiche o la fluorescenza geneticamente ingegnerizzata. Invece, ottiene profondità e nitidezza concentrando una luce intensa e brevissima a tre volte la lunghezza d'onda di assorbimento normale di NAD(P)H, una molecola associata al metabolismo cellulare e all'attività elettrica nei neuroni. Questa tecnica, nota come "eccitazione a tre foti", penetra in profondità nei tessuti con meno dispersione da parte del tessuto cerebrale grazie alla lunghezza d'onda della luce più lunga.
Il sistema di microscopio ha dimostrato una rilevazione affidabile del segnale acustico attraverso campioni, grazie a un sensibile microfono a ultrasuoni. Questo microfono rileva le onde sonore prodotte quando la maggior parte dell'energia assorbita produce una dilatazione termica localizzata all'interno della cellula. Queste onde sonore vengono quindi convertite in immagini ad alta risoluzione dal software.
Il prossimo passo del team è dimostrare il sistema in un animale vivo, con la sfida tecnica di posizionare il microfono. Si prevede che l'imaging completo a profondità di 2 millimetri nei cervelli vivi sarà fattibile.
Il nuovo sistema potrebbe essere particolarmente utile nel campo medico, poiché i livelli di NAD(P)H sono noti per variare in condizioni come la malattia di Alzheimer, il sindrome di Rett e le convulsioni. Ciò potrebbe renderlo un potenziale biomarcatore nel cervello. Inoltre, essendo privo di etichette, il sistema potrebbe essere utilizzato negli esseri umani, ad esempio durante le operazioni al cervello.
La ricerca ha ricevuto finanziamenti da diverse fonti, tra cui gli Istituti Nazionali di Sanità, il Simon Center for the Social Brain, il laboratorio di Peter So, The Picower Institute for Learning and Memory e la Freedom Together Foundation.
Oltre al team del MIT, i ricercatori dell'Istituto di Tecnologie Fotoniche Leibniz (Leibniz-IPHT) di Jena hanno contribuito allo sviluppo dei sistemi di microscopia che consentono di registrare l'attività molecolare delle singole cellule in profondità nei tessuti cerebrali intrecciati. La società spin-off DeepEn GmbH, fondata nel 2024, ha sviluppato il dispositivo di microscopia più sottile del mondo utilizzando il controllo avanzato della luce holografica.
Il metodo fotoacustico sviluppato dal team del MIT potrebbe potenzialmente rilevare altre molecole come l'indicatore di calcio geneticamente codificato GCaMP. Lo studio ha anche dimostrato l'imaging simultaneo di "generazione di armoniche terze", che rende finemente le strutture cellulari.
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