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Single Molecule Workstation

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Strumento di acquisizione delle immagini oltre lo stato dell’arte

Molte tecniche di immaginografia recentemente sviluppate permettono la visualizzazione e lo studio delle cellule. I ricercatori dell’UE hanno svolto un’attività di ricerca simultanea in quanto a struttura e funzione delle cellule viventi, successivamente alla combinazione di tre tecniche di microscopia altamente avanzate, all’interno di una singola piattaforma.

Ricerca di base

Comprendere la funzione cellulare richiede la caratterizzazione dei relativi costituenti molecolari così come della loro interazione spaziale e temporale. Per facilitare tale passaggio, le tecniche di microscopia ottica e a forza atomica (AFM) operano in modo complementare al fine di studiare le cellule viventi. Mentre la microscopia ottica consente la visualizzazione dell’interno delle cellule, la microscopia AFM fornisce una risoluzione su scala nanometrica, la quale permette lo studio delle interazioni meccaniche relative alle componenti della membrana. Le pinzette ottiche (optical tweezers, OT) migliorano ulteriormente l’osservazione delle interazioni molecolari all’interno della cellula. Il progetto SMW (Single molecule workstation) ha mirato a integrare tutte le funzioni immaginabili per queste tecnologie complementari in un unico concetto SMW. La strumentazione proposta consiste di un microscopio ottico invertito, tecnologie AFM e OT. Combinando queste tecniche di microscopia ultra-sensibili in un’unica piattaforma, i partner del progetto hanno mirato ad aprire orizzonti completamente nuovi per gli studi di biologia molecolare. Il setup ha consentito una topografia superficiale simultanea mediante AFM ad alta risoluzione, lo studio della distribuzione delle molecole cellulari tramite un’avanzata tecnica di microscopia ottica e la misura delle forze molecolari di interazione attraverso pinzette OT ultra-sensibili. Come metodo complementare, è stata impiegata la nanospettroscopia foto-termica per studiare le proprietà spettroscopiche del materiale cellulare con un’elevata risoluzione spaziale, consentendo così l’analisi chimica di strutture sub-cellulari. La stazione di lavoro è stata progettata per integrare metodi AFM e di microscopia ottica invertita dal punto di vista meccanico, ottico ed elettronico. Inoltre, è stato sviluppato il software per queste tecnologie combinate, il quale è stato successivamente accoppiato con un’interfaccia utente. Questo ha integrato tutti i moduli funzionali del sistema, lo scambio e il controllo di protocolli di misura in tempo reale e in modo altamente sincronizzato. I partner del progetto hanno creato un prototipo di strumento AFM-microscopio ottico invertito e ne hanno testato la fattibilità per il rilevamento di cancro e attivazione immunologica di linfociti T. L’ottimizzazione della piattaforma SMW ha offerto l’opportunità unica di studiare in modo simultaneo la parte interna ed esterna delle cellule, con una risoluzione elevata. L’applicazione di questo strumento SMW oltre la durata del progetto consentirà importanti progressi nelle scienze della vita, offrendo nuove intuizioni riguardanti la biologia molecolare delle cellule viventi e i processi biomolecolari complessi, aspetti attualmente inaccessibili.

Parole chiave

Cellule, microscopia a forza atomica, SMW, microscopio ottico invertito, biologia molecolare

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