Sebbene siano stati compiuti progressi nel corso degli ultimi decenni per ottimizzare la «microscopia a forza atomica» (AFM) per visualizzare le cellule viventi, c'era ancora una serie di limitazioni e problemi tecnologici che dovevano essere affrontati prima di entrare nelle questioni fondamentali della biologia cellulare.
Nell'articolo pubblicato nell'edizione di marzo di Scientific Reports, i Dott. Ryohei Yasuda e Mikihiro Shibata del «Max Planck Institute for Neuroscience» in Florida, in collaborazione con l'Università di Kanazawa in Giappone, descrivono come hanno costruito il nuovo sistema di AFM, ottimizzato per la scansione di cellule viventi.
Il sistema differisce in molti modi da un AFM convenzionale: usa un ago estremamente lungo e tagliente attaccato ad una piastra molto flessibile. Il sistema è inoltre ottimizzato per la scansione veloce atta ad acquisire eventi cellulari dinamici. Queste modifiche hanno permesso ai ricercatori di vedere cellule viventi, come linee cellulari di mammiferi o neuroni maturi dell'ippocampo, senza alcun segno di danno cellulare.
"Ora abbiamo dimostrato che il nostro nuovo AFM può mostrare direttamente su scala nanometrica i cambiamenti morfologici nelle cellule viventi", ha spiegato il dottor Yasuda, neuroscienziato e direttore scientifico del Florida Max Planck Institute for Neuroscience.
In particolare, questo studio dimostra la capacità di monitorare dinamiche strutturali e di rimodellamento della superficie cellulare, come la morfogenesi di filopodia, le increspature della membrana, la formazione di pit o endocitosi, in risposta a stimoli ambientali.
Un esempio di questa capacità si vede nell'immagine 1 (a destra), dove si nota un fibroblasto prima e dopo il trattamento con l'ormone insulina, che enfatizza intensamente l'increspatura sul bordo della cellula.
Un altro esempio è l'immagine 2 (a sinistra), in cui si osservano i cambiamenti morfologici di una protrusione neuronale a forma di dita nel neurone dell'ippocampo maturo.
Secondo il dottor Yasuda, le osservazioni riuscite della dinamica strutturale nei neuroni vivi ci daranno in un prossimo futuro la possibilità di visualizzare a risoluzione nanometrica, e in tempo reale, la morfologia delle sinapsi.
Dal momento che i cambiamenti morfologici delle sinapsi sono alla base della plasticità sinaptica e della nostra capacità di apprendere e memorizzare, questo ci darà molte nuove informazioni sui meccanismi che permettono ai neuroni di memorizzano le informazioni nella loro morfologia, sui cambi della forza sinaptica e in ultima analisi sul modo in cui si crea nuova memoria.
Fonte: Max Planck Florida Institute for Neuroscience (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Mikihiro Shibata, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Ryohei Yasuda. Long-tip high-speed atomic force microscopy for nanometer-scale imaging in live cells. Scientific Reports, 2015; 5: 8724 DOI: 10.1038/srep08724
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