Live-cell imaging

In biologia si studiano fenomeni molto complessi in cui la visione d’insieme è estremamente importante e allo stesso tempo molto difficile da ottenere. Riuscire a correlare le singole interazioni tra macromolecole in interi pathways e cascate enzimatiche, studiare gli effetti di determinati stimoli in modo comprensivo fino ad arrivare alle conseguenze macroscopiche su interi organelli, cellule o addirittura popolazioni di cellule e tessuti, richiede una mole enorme di dati, molto spesso ardui da interpretare nella loro totalità.

Ogni tecnica di microscopia ha i suoi punti di forza ed i suoi limiti, ed è di estrema importanza tenerne conto per dare un’interpretazione adeguata ai dati ed alle immagini generati. Per studiare fenomeni molecolari si richiede un’elevatissima risoluzione, come nel caso della microscopia a super-risoluzione, dove le leggi della fisica vengono addirittura “raggirate” per andare oltre i loro stessi limiti, come il limite della diffrazione. Un esempio di sistema che utilizza queste tecnologie è il Nanoimager di ONI. Per ottenere questo livello di dettaglio però occorre rinunciare al throughput e alla significatività statistica, raramente infatti si osservano più di una cellula allo stesso tempo. Al contempo il prezzo da pagare è anche in termini di perturbazione del sistema, si ricorre all’uso di fluorofori e coloranti che di per sé hanno effetti tossici e perturbanti sulle cellule, a cui si somma l’impiego di laser ad elevata potenza, anch’essi portatori di citotossicità. Queste tecniche sono estremamente potenti per studiare meccanismi molecolari ed eventi molto piccoli e molto rapidi, ma occorre cautela nel dare interpretazioni macroscopiche sul comportamento di intere cellule o addirittura popolazioni, poiché gli effetti che si considerano potrebbero essere conseguenze della manipolazione del campione piuttosto che del saggio che si sta effettuando.

Figura 1. Confronto tra immagine in epifluorescenza e immagine ottenuta mediante microscopia a super-risoluzione dSTORM di pori nucleari marcati in cellule U2OS.

Figura 2: Video ottenuto mediante single-particle tracking dei movimenti della proteina Atlastina 1 sul reticolo endoplasmatico di fibroblasti umani.