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Tecnologia rivoluzionaria per campioni biologici: come la microscopia a espansione può rivoluzionare la diagnostica medica?
Con l'avanzamento della tecnologia, nuove tecnologie di imaging biologico stanno emergendo una dopo l'altra. Tra queste, "Expansion Microscopy" (ExM), come strumento innovativo di preparazione dei campioni, ha attirato un'attenzione diffusa nella comunità di ricerca biomedica. L'idea centrale di questa tecnologia è quella di ingrandire minuscole strutture in campioni di cellule o tessuti attraverso sistemi polimerici, in modo che possano essere catturate da una gamma più ampia di tecniche di microscopia. L'avvento della microscopia a espansione supera i limiti di risoluzione dei microscopi tradizionali, consentendo ai ricercatori di esplorare strutture biologiche più delicate con un costo delle attrezzature inferiore.
La microscopia a espansione può ingrandire un campione fino a 16 volte le sue dimensioni originali, consentendo ai ricercatori di identificare piccole strutture con apparecchiature standard.
Principi tecnici
Il principio della microscopia ad espansione si basa sull'introduzione di reti polimeriche nel campione. La rete polimerica si espande fisicamente in risposta alle reazioni chimiche, aumentando le dimensioni della struttura biologica. Questo processo evita efficacemente i limiti di risoluzione dei microscopi ottici tradizionali, soprattutto quando si rilevano strutture minuscole come le vescicole sinaptiche, che hanno un diametro di soli 40-50 nanometri e una risoluzione di soli 200 nanometri.
Contesto storicoIl principio più importante è che la microscopia a espansione non richiede attrezzature specializzate e i costi dei materiali sono pressoché trascurabili.
La microscopia a espansione è stata proposta per la prima volta nel 2015. Con il continuo avanzamento di molteplici studi e il miglioramento della tecnologia, è stata applicata all'analisi di vari campioni biologici. Questa tecnologia ha continuato a svilupparsi nel corso degli anni, soprattutto nella visualizzazione e nel sequenziamento molecolare delle molecole di RNA. Nel 2022, Hendrickson et al. hanno ulteriormente superato i limiti della microscopia a espansione e hanno sviluppato la microscopia a rivelazione di espansione, ampliandone ulteriormente il campo di applicazione.
Aree di applicazione
Diagnosi medica
I cambiamenti e le potenzialità che la microscopia ad espansione apporta alla diagnostica biomedica sono senza dubbio una delle sue caratteristiche più sorprendenti. I microscopi convenzionali hanno una capacità limitata di esaminare le strutture cellulari e le biomolecole, ma la microscopia a espansione consente ai ricercatori medici di ottenere immagini di campioni di tessuto ad alta risoluzione senza dover ricorrere ad apparecchiature costose. Studi recenti sulle malattie renali e sulle neoplasie mammarie hanno dimostrato che l'uso della microscopia ad espansione è molto efficace per la diagnosi e la rilevazione precoce.
La microscopia a espansione migliora la risoluzione della microscopia ottica, rendendo possibile l'imaging medico.
Neuroscienze
Nella ricerca neuroscientifica, la microscopia a espansione è uno strumento importante per svelare la struttura dei circuiti neurali. Questa tecnologia può mappare più chiaramente neuroni e sinapsi e localizzarli a livello molecolare, contribuendo a svelare il funzionamento del sistema nervoso. Ad esempio, analizzando campioni di cervello, i ricercatori hanno scoperto caratteristiche patologiche della proteina beta-amiloide associata al morbo di Alzheimer.
Vantaggi e sfide
Il vantaggio principale della microscopia a espansione è che non richiede costose apparecchiature ottiche e può ottenere immagini ad alta risoluzione anche con microscopi standard. Tuttavia, questa tecnica deve anche affrontare numerose sfide, tra cui potenziali guasti in varie fasi del processo di preparazione del campione. Ad esempio, se le cellule non vengono completamente digerite, l'espansione uniforme del campione verrà compromessa, con conseguente distorsione dell'immagine. Allo stesso tempo, alcuni marcatori fluorescenti tendono a sbiadire durante il processo di polimerizzazione, aumentando ulteriormente la difficoltà dell'esperimento.
Sebbene il potenziale applicativo della microscopia ad espansione sia enorme, il suo funzionamento specifico richiede comunque un controllo rigoroso.
Con il continuo miglioramento della tecnologia, l'applicazione della microscopia ad espansione nel campo biomedico si sta rapidamente espandendo. In futuro, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione delle cellule e delle loro funzioni? Quali nuove applicazioni emergeranno dalla ricerca futura?
