Come funziona il nostro cervello? È una domanda a cui la scienza sta cercando di rispondere da tempo ed oggi una nuova tecnica ottica promette di ottenere un’indagine macroscopica ad alta risoluzione che permetterà di fare grandi passi avanti in questo campo strategico per la ricerca medica. A metterla a punto è stato un gruppo di ricercatori dei Dipartimenti di Fisica e Astronomia, di Ingegneria dell’informazione e di Biologia dell’Università di Firenze, del Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (LENS) e dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO).
Lo studio, pubblicato su Nature Methods, descrive la tecnica elaborata dai ricercatori, chiamata RAPID (acronimo di Rapid Autofocus via Pupil-split Image phase Detection) che propone una nuova integrazione della microscopia a foglio di luce, capace di correggere in tempo reale i disallineamenti introdotti dal campione, consentendo di visualizzare e rappresentare interi cervelli di modelli murini con risoluzione subcellulare. Oggi la mancanza di strumenti capaci di analizzare grandi volumi ad alta risoluzione limita lo studio della struttura del cervello a un livello grossolano.
“L’attuale metodologia della microscopia a foglio di luce, accoppiata a protocolli chimici capaci di rendere trasparenti i tessuti biologici – spiega Ludovico Silvestri, primo autore dello studio e ricercatore di Fisica della Materia dell’Università di Firenze – non riesce a mantenere un’alta risoluzione in campioni più grandi di poche centinaia di micron”.
“Oltre queste dimensioni – precisa Leonardo Sacconi, primo ricercatore del CNR-INO – il tessuto biologico comincia a comportarsi come una ‘lente’, andando a rompere l’allineamento del microscopio e rendendo, di conseguenza, le immagini sfocate. Il nuovo metodo – aggiunge Sacconi – è ispirato ai sistemi di autofocus ottico presenti nelle macchine fotografiche reflex, dove un insieme di prismi e lenti trasforma la sfocatura dell’immagine in un movimento laterale, che permette di stabilizzare l’allineamento del microscopio in tempo reale”.
La nuova tecnica avrà ricadute significative nelle neuroscienze, rendendo possibile un’analisi quantitativa dell’architettura del cervello a livello subcellulare e aiuterà a studiare la microglia, un insieme di cellule con diverse funzioni, la cui forma varia in base al ruolo che svolgono. Le prime indagini con RAPID hanno, infatti, evidenziato differenze significative tra varie regioni del cervello, aprendo la strada a nuovi studi sul ruolo di questa popolazione cellulare.
RAPID è stato sviluppato nel Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (LENS) dai ricercatori dell’Area di Biofotonica. Alla ricerca hanno collaborato studiosi dell’Università di Glasgow e del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare di Heidelberg. Lo studio è stato svolto all’interno della Flagship europea Human Brain Project, di cui sono partner il LENS e il CNR.
