La nuova generazione di scienziati spinge i confini della tecnologia di imaging
Prendiamo come esempio l’imaging basato sulla microscopia ottica. Secondo Kees Weijer, professore della Division of Cell and Developmental Biology presso l’Università di Dundee e coordinatore di PHOQUS, questa tecnologia «si sta rapidamente sviluppando come una delle tecniche chiave per osservare le dinamiche dei sistemi viventi». Il suo potenziale è tuttavia ancora ostacolato dai suoi stessi limiti tecnici: nella ricerca di una risoluzione sempre più elevata, gli scienziati hanno dovuto affrontare un livello crescente di foto-danneggiamento provocato dalle tecniche di osservazione utilizzate. E mentre nuovi metodi vengono ideati per superare questi problemi, questo processo di sviluppo ha tipicamente luogo in laboratori di fisica laddove le sue applicazioni sono nei laboratori di scienze naturali. «Uno degli obiettivi di questo progetto era progettare e costruire nuovi strumenti in un ambiente di scienze naturali. Questi vengono adattati a specifici requisiti sperimentali, nell’ambito di una stretta collaborazione tra professionisti di scienze naturali e ricercatori nei settori della fotonica. Ciò ha portato allo sviluppo di una comprensione comune dei principi e dei problemi biologici e fisici, in quanto solo poche persone sono in grado di padroneggiare questi due aspetti», afferma il prof. Weijer. PHOQUS ha addestrato con successo 13 ricercatori all'inizio della carriera (ESR) con esperienze in fisica, fotonica, biologia molecolare, biotecnologia e ingegneria biomedica. Ha anche dato il via a progetti di ricerca specifici per affrontare processi complessi negli organismi viventi. L’elenco dei risultati di PHOQUS è a dir poco lungo. Ad esempio, il progetto ha implementato con successo la microscopia STED (STimulated Emission Depletion) ad alta risoluzione che consente l’osservazione di strutture fluorescenti oltre il limite di diffrazione. Questa microscopia ha dimostrato di funzionare bene in campioni fissi, e il prof. Weijer sottolinea che sono in corso esperimenti per testarne l’idoneità all’uso in campioni vivi. Il progetto ha inoltre sviluppato ulteriormente la microscopia a foglio di luce rapida, che consente un’alta risoluzione temporale e spaziale nell’osservazione a lungo termine di cellule e tessuti su embrioni vivi fino a diversi giorni, riducendo il foto-danneggiamento rispetto alle tecniche convenzionali. «Ciò ha fornito nuove intuizioni nel meccanismo cellulare che controlla la gastrulazione negli embrioni di pulcino, un modello per lo sviluppo umano», spiega il prof. Weijer. Altri risultati degni di nota includono progressi nell’integrazione delle pinzette ottiche nei microscopi; nuovi metodi di immagine attraverso fibre singole e multimodali; nuove sonde per il rilevamento di molecole biologicamente importanti nell’angiogenesi e nell’innervazione dei tumori; metodi per misurare i parametri meccanici di organoidi di tipo selvatico derivati dall’intestino e predisposti per il cancro; tecniche spettroscopiche non invasive ed elaborazione dei dati per misurare il flusso di sangue e l’ossigenazione; e un nuovo laser a impulsi infrarossi a basso costo basato su semiconduttori. Sebbene il progetto sia ora completato, il prof. Weijer afferma che verranno intraprese collaborazioni consolidate tra professionisti di scienze naturali e fisici di Dundee e partner accademici di altre organizzazioni. «Stiamo tentando di dare seguito a ulteriori programmi di formazione e specifiche richieste di sovvenzione per progetti», spiega. Nel lungo termine, oltre ai progressi allo stato dell’arte e a pubblicazioni su riviste di alto impatto, uno dei contributi più preziosi di PHOQUS sarà probabilmente la nuova generazione di scienziati che ha aiutato a prosperare. Dei 13 ricercatori, quasi tutti hanno già presentato con successo una tesi o superato un dottorato di ricerca, e sono pronti per una promettente carriera.
Parole chiave
PHOQUS, tecnologia di imaging, sistemi viventi, spettroscopia, fotonica, microscopia ottica, foto-danneggiamento, cellule, tessuti, biologia
