Un gruppo di scienziati negli Stati Uniti ha sviluppato una nuova tecnologia per la microscopia elettronica in grado di offrire un livello di ingrandimento fino a 10.000 volte superiore rispetto alla microscopia ottica. Il risultato arriva da anni di lavoro e introduce un importante miglioramento nello studio delle strutture biologiche più piccole e complesse.
La ricerca coinvolge il team del laboratorio di ricerca federale Berkeley Lab e l’Università della California a Berkeley UC Berkeley, con il supporto di Biohub. L’obiettivo è potenziare la cryo-electron microscopy (cryo-EM), già oggi uno degli strumenti più avanzati per osservare molecole e cellule.
Un laser per migliorare la fase delle immagini
La novità principale è l’adattamento della tecnica di phase-contrast alla cryo-EM attraverso una nuova laser phase plate, un dispositivo che utilizza un laser altamente amplificato e specchi ultra-precisi per modificare la fase del fascio elettronico.
Questo sistema è integrato in un microscopio sviluppato su misura da Thermo Fisher Scientific, progettato per sfruttare al massimo la potenza del laser. Il risultato è una qualità delle immagini sensibilmente superiore, con una nitidezza tale da permettere ai software di elaborazione di ricostruire modelli atomici più accurati.
Secondo gli scienziati coinvolti, il sistema migliora anche strumenti già molto avanzati. Il nuovo microscopio, chiamato “Theia”, viene descritto come una sorta di “Formula 1 della microscopia”, capace di superare gli standard attuali anche senza l’uso del laser.
Modelli atomici più precisi e test su proteine
Le immagini ottenute mostrano un livello di dettaglio superiore nello studio di molecole biologiche cruciali. Il team ha testato il sistema su due proteine: l’aldolasi, relativamente più semplice da osservare, e l’emoglobina, molto più complessa e vicina al limite delle capacità degli strumenti attuali.
In entrambi i casi la risoluzione è migliorata, ma l’effetto più evidente si è registrato proprio sull’emoglobina, uno degli oggetti più difficili per la cryo-EM tradizionale. Questo consente di ottenere modelli atomici più affidabili, fondamentali per comprendere processi biologici e meccanismi delle malattie.
Gli stessi ricercatori hanno sottolineato come il nuovo sistema sia particolarmente efficace proprio nei casi più complessi, dove la preparazione del campione non è ottimale e le tecnologie precedenti mostrano i limiti maggiori.
Verso la tomografia criogenica
Il sistema è attualmente installato presso UC Berkeley e il prossimo obiettivo del team è ampliarne le applicazioni oltre l’analisi di singole particelle. L’attenzione si concentra ora sulla cryo-electron tomography (cryo-ET), una tecnica che permette di ricostruire strutture tridimensionali a partire da diverse angolazioni.
Questa metodologia funziona in modo simile a una TAC medica, ma applicata a livello molecolare. Consente di osservare le cellule nel loro stato naturale e promette un ulteriore salto di qualità rispetto alla microscopia tradizionale, aprendo nuove possibilità nello studio dei processi biologici interni alle cellule.
Fonte: Interesting Engineering
