Ogni cellula è illuminata

Il legame tra luce e scienza della vita è lungo quanto la biologia moderna ma, grazie a molecole fluorescenti e tecnologie che sfidano le leggi dell’ottica tradizionale, da pochi anni gli scienziati possono 'illuminare' processi biologici fondamentali, fino alla scala molecolare e direttamente in-vivo.

"Fino alla fine del secolo scorso l’indagine molecolare in biologia è stata essenzialmente di tipo indiretto, basata su un campione sezionato ex-vivo. Dall'inizio degli anni Novanta c'è stata una svolta nell'imaging molecolare di tipo ottico, grazie a una serie di innovazioni nel campo biomolecolare e delle nanoscienze, quali la microscopia confocale a costi contenuti e la microscopia a due fotoni, o ancora la fondamentale scoperta della proteina fluorescente verde (Gfp)” spiega Ranieri Bizzarri dell'Istituto nanoscienze del Cnr (CnrNano). “Questa molecola incredibilmente luminosa, che si può agganciare ad altre proteine rendendole visibili, ha permesso di osservare processi della vita cellulare prima invisibili, come lo sviluppo dei neuroni e la crescita di cellule tumorali, ed è oggi uno strumento di ricerca insostituibile".

Proprio la microscopia fluorescente a super-risoluzione, che usa molecole fluorescenti e complessi metodi di acquisizione dell'immagine per superare i limiti della microscopia convenzionale è valsa il Nobel per la Chimica 2014 ai suoi ideatori. "Nel nostro laboratorio, e in collaborazione con l'Istituto italiano di tecnologia, abbiamo combinato una simile tecnica di super-risoluzione con un metodo per seguire la dinamica delle molecole all’interno della cellula e siamo riusciti a mettere a fuoco movimento e velocità delle proteine attraverso i pori del nucleo di una cellula viva, con un dettaglio spaziale mai ottenuto prima e inaccessibile agli strumenti convenzionali", continua Bizzarri.

Ma le nuove tecniche ottiche permettono anche studi in-vivo, anziché in-vitro: una differenza sostanziale per i ricercatori in moltissimi processi biologici: "Ad esempio l’angiogenesi e l'infiltrazione maligna in ambito oncologico, ma anche lo studio in modelli animali di malattie come autismo ed epilessia", precisa Gian Michele Ratto, fisico di CnrNano, che studia la plasticità cerebrale con molecole fluorescenti e nei laboratori Nest di CnrNano e Scuola Normale Superiore, con il suo gruppo, utilizza la luce per far brillare i neuroni e osservare in diretta e a livello di singola cellula l'attività cerebrale. "Il microscopio a due fotoni è una tecnica ottica avanzata, con cui possiamo registrare la fluorescenza emessa da molecole che si trovano in profondità di un oggetto otticamente opaco come il cervello", prosegue il ricercatore.

Le immagini appaiono come costellazioni di neuroni che scintillano. "Siamo riusciti a trasformare la fluorescenza riemessa da una proteina in una misura quantitativa della concentrazione di cloro nei neuroni. La mancata capacità della regolazione del cloro cerebrale potrebbe essere legata a malattie come l’epilessia, l'autismo, la sindrome di Down e la sindrome di Rett. Vogliamo capire cosa avviene nella rete nervosa perturbata dalla mutazione genetica alla base della malattia. È il primo passo per pensare a una cura" conclude Ratto.

Fonte: Ranieri Bizzarri, Istituto Nanoscienze, tel. 050/509522 , email ranieri.bizzarri@nano.cnr.it - Gian Michele Ratto, Istituto Nanoscienze , email gianmichele.ratto@nano.cnr.it -