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Dal nano al macro: in che modo la microscopia estesa supera i limiti della microscopia ottica?
Con il progresso della scienza e della tecnologia, anche la tecnologia della microscopia ha raggiunto una nuova pietra miliare. La microscopia estesa (ExM), in quanto strumento innovativo per la preparazione dei campioni, sta svolgendo un ruolo sempre più importante nella ricerca biologica. Questa tecnica non solo aumenta le dimensioni del campione, ma rende visibili anche piccole strutture che non possono essere chiaramente identificate con la microscopia ottica convenzionale.
Principio del microscopio esteso
L'idea centrale della microscopia ad espansione è quella di utilizzare sistemi polimerici per espandere il campione. Ciò significa che una rete polimerica viene prima introdotta in un campione di cellula o tessuto, quindi la rete polimerica viene espansa fisicamente attraverso una reazione chimica per aumentare le dimensioni della struttura biologica. La ricerca mostra che la tecnologia odierna può espandere i campioni fino a 16 volte la loro dimensione originale, una svolta che rende possibile ottenere una risoluzione precedentemente irraggiungibile.
Il più grande vantaggio di questa tecnologia è che non richiede apparecchiature microscopiche specializzate e costose e il costo dei materiali richiesti è relativamente basso.
Contesto storico della microscopia estesa
La microscopia estesa è stata proposta per la prima volta nel 2015 dai ricercatori del MIT Fei Chen, Paul W. Tillberg e Edward Boyden. Da allora sono emerse molte applicazioni, focalizzate principalmente sull’analisi di campioni biologici.
Nel 2016, i ricercatori hanno pubblicato articoli che descrivono soluzioni ai limiti delle tradizionali sonde etichettate per ExM, rendendo possibile l'utilizzo di questa tecnologia con sonde microscopiche convenzionali. Entro il 2021 sarà disponibile anche la tecnologia di sequenziamento in situ spazialmente accurata (ExSeq) basata sulla tecnologia della microscopia estesa.
Aree di applicazione e potenziale medico
Le applicazioni della microscopia estesa non si limitano alla ricerca biologica di base. In termini di diagnosi della malattia, la microscopia estesa fornisce strumenti di imaging che possono essere utilizzati per campioni clinici, che possono visualizzare chiaramente biomolecole e strutture minute all’interno delle cellule. Ciò consente in alcuni casi ai medici di valutare con maggiore precisione condizioni patologiche come la malattia tubulare renale, i tumori al seno in fase iniziale e di distinguere tra tessuto normale e canceroso.
In futuro, con l'ulteriore sviluppo della tecnologia, la microscopia estesa potrebbe essere in grado di fornire osservazioni morfologiche su scala nanometrica di una varietà di campioni di organi umani.
Applicazioni delle neuroscienze
Nelle neuroscienze, la microscopia estesa ha portato anche a molte nuove scoperte. I ricercatori possono ingrandire i circuiti cerebrali, rendendo più semplice la mappatura delle connessioni neurali. Le biomolecole extracellulari, come proteine e acidi nucleici, sono saldamente ancorate al polimero, consentendone l'immagine chiara con i normali microscopi dopo l'espansione.
Vantaggi e limiti della microscopia estesa
Rispetto ad altre tecnologie di microscopia, la microscopia estesa presenta vantaggi pratici e considerevoli in termini di costi. Perché non richiede investimenti elevati in attrezzature e richiede solo un microscopio ottico standard per ottenere immagini ad alta risoluzione. Tuttavia, il processo di preparazione per ExM non è semplice ed è necessario garantire l'integrità di ogni passaggio, altrimenti la chiarezza dell'immagine finale potrebbe essere compromessa.
Se vengono commessi errori in determinati passaggi, le cellule potrebbero lisarsi o espandersi in modo non uniforme, compromettendo la qualità dell'immagine.
In sintesi, la microscopia estesa non solo può migliorare significativamente la risoluzione delle immagini, ma ha anche un'ampia gamma di potenzialità applicative, dalla ricerca di base alla diagnosi clinica, con un impatto di vasta portata. Tuttavia, pur espandendo continuamente le sue applicazioni, dovremmo anche pensare: in che modo la tecnologia della microscopia estesa cambierà la nostra comprensione e applicazione della biologia e della medicina quando diventerà più matura?
