Una nuova tecnica di microscopia osserva le cellule senza alterarne la natura

Osservare le cellule nelle loro condizioni più naturali, senza ricorrere a coloranti o marcatori fluorescenti: è l’obiettivo centrato da un nuovo studio condotto dai ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), che hanno sviluppato una tecnica innovativa di microscopia ottica capace di migliorare il contrasto delle immagini preservando l’integrità dei campioni biologici.

La ricerca, guidata da Alberto Diaspro e realizzata da Nicolò Incardona e Paolo Bianchini dell’unità Nanoscopy dell’IIT, è stata pubblicata sulla rivista Optics Letters e apre nuove prospettive per lo studio dei processi biologici fondamentali.

Superare i limiti della microscopia tradizionale

Il microscopio ottico rappresenta da sempre uno strumento essenziale per lo studio delle cellule, ma la loro trasparenza naturale rende spesso necessario l’uso di mezzi di contrasto, come colorazioni istologiche o marcatori fluorescenti. Tecniche alternative – come la microscopia a polarizzazione o quella in campo oscuro – permettono di migliorare la visibilità, ma non sempre garantiscono un dettaglio sufficiente per analisi molecolari approfondite.

Per questo motivo, la microscopia a fluorescenza a super-risoluzione è oggi la più utilizzata: consente di identificare con precisione specifici componenti cellulari, ma richiede l’introduzione di molecole fluorescenti che possono alterare lo stato fisiologico della cellula.

Una tecnica combinata, senza marcatori

Il team dell’IIT ha scelto una strada diversa, combinando microscopia a polarizzazione e microscopia in campo oscuro in un’unica tecnica capace di fornire un contrasto elevato senza l’uso della fluorescenza. In questo modo è possibile osservare le cellule viventi mantenendone intatte le caratteristiche naturali.

«L'idea è quella di utilizzare questa tecnica per studiare la cromatina, il complesso formato da DNA e proteine che si trova nel nucleo delle cellule. Capire come la cromatina è organizzata e come cambia nel tempo è fondamentale per comprendere numerosi processi biologici e per individuare le alterazioni alla base di molte malattie», afferma Nicolò Incardona, ricercatore dell’unità Nanoscopy, recentemente rientrato in Italia dopo sette anni di attività presso l’Università di Valencia.

Il ruolo dell’intelligenza artificiale

Nonostante i vantaggi, la nuova tecnica presenta ancora un limite rispetto alla microscopia a fluorescenza: non consente di distinguere in modo specifico i diversi componenti cellulari. Per superare questo ostacolo, il gruppo di ricerca sta lavorando a un sistema integrato che combini le due modalità di osservazione e sfrutti l’intelligenza artificiale.

L’obiettivo è ottenere immagini dello stesso campione sia con la nuova tecnica sia con la fluorescenza, utilizzandone la correlazione per addestrare un modello di IA capace di trasformare automaticamente le prime nelle seconde.

«Il nostro prossimo obiettivo è di costruire un modello di IA in grado di genere immagini a fluorescenza con contenuto molecolare, quindi specifiche, a partire da quelle ottenute con la nostra tecnica, eliminando così la necessità di etichette nelle cellule in analisi – afferma Alberto Diaspro –. Si tratta di un obiettivo ambizioso, che potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di tecniche di microscopia completamente non invasive».

Ricerca e infrastrutture europee

Lo studio è stato supportato da ALM-Eurobioimaging e da diversi progetti finanziati dal PNRR, tra cui SEELIFE – StrEngthEning the ItaLIan InFrastructure of Eurobioimaging e il National Center for Gene Therapy and Drugs Based on RNA Technology, confermando il ruolo strategico delle infrastrutture di ricerca avanzate nello sviluppo di tecnologie di frontiera.

Un risultato che rafforza la posizione dell’IIT nel panorama internazionale della microscopia ottica avanzata e apre nuove prospettive per applicazioni in ambito oncologico, neurodegenerativo e biomedico, dove osservare la cellula senza alterarla può fare la differenza.