Lo sviluppo di nuovi farmaci e vaccini richiede una conoscenza approfondita dei più piccoli elementi costitutivi biologici della natura: le biomolecole. Ora i ricercatori di Chalmers stanno introducendo una tecnologia di microscopia rivoluzionaria che consente di studiare proteine, DNA e altre piccole molecole biologiche nel loro stato naturale in un modo completamente nuovo.
Quando vengono sviluppati farmaci e vaccini, ci vuole molto tempo e denaro. Pertanto, è fondamentale poter semplificare questo lavoro studiando come, ad esempio, le singole proteine si comportano e interagiscono tra loro. Il nuovo metodo di microscopia di Chalmers potrebbe consentire di trovare i candidati più promettenti in una fase iniziale. La tecnologia ha anche il potenziale per essere utilizzata per esplorare come le cellule comunicano tra loro attraverso la secrezione di altre molecole biologiche e nanoparticelle. Questi processi, ad esempio, svolgono un ruolo importante nel nostro sistema immunitario.
Rivela la sua silhouette
Le biomolecole sono tanto piccole quanto sfuggenti e vitali perché sono i mattoni di tutta la vita. Per convincerli a rivelare i loro segreti con l’aiuto della microscopia ottica, i ricercatori oggi devono etichettarlo con un segno luminoso o attaccarlo a una superficie.
Con i metodi odierni, non puoi mai essere completamente sicuro che l’etichetta o la superficie su cui è attaccata la molecola non influisca sulle proprietà della tua molecola. Con l’aiuto della nostra tecnologia, che non richiede nulla di tutto ciò, emerge la silhouette completamente naturale, o firma ottica, che ci consente di analizzare la molecola esattamente com’è, afferma il leader della ricerca Christoph Langhammer, professore presso il Dipartimento di fisica di Chalmers. Ha sviluppato il nuovo metodo con altri ricercatori in fisica e biologia presso Chalmers e l’Università di Göteborg.
L’esclusivo metodo di microscopia si basa sulle molecole o particelle che i ricercatori vogliono studiare quando vengono collocate in un vetrino contenente minuscoli tubi di dimensioni nanometriche, chiamati nanocanali. Un campione del liquido viene aggiunto al wafer che viene quindi illuminato con luce visibile. L’interazione che poi avviene tra la luce e la molecola e i minuscoli canali pieni di liquido fa apparire la molecola all’interno come un’ombra scura e può essere vista sullo schermo attaccato al microscopio. Studiandolo, i ricercatori possono anche determinare la massa e il peso di una biomolecola e ottenere informazioni indirette sulla forma della molecola, cosa che prima non era possibile utilizzare con la stessa tecnologia.
Innovazione deliberata
La nuova tecnologia, Nanofluidic Scattering Microscopy, è stata recentemente presentata sulla rivista scientifica Nature Methods. I suoi progressi sono stati rilevati anche dalla Royal Swedish Academy of Engineering Sciences, che elenca ogni anno una serie di progetti di ricerca che hanno il potenziale per cambiare il mondo e fare del bene. L’innovazione ha anche fatto un passo avanti nella comunità con la startup Envue Technologies, che ha vinto il premio “Game Changer” alla Venture Cup di quest’anno nella Svezia occidentale.
Il nostro metodo semplifica il lavoro, ad esempio quando devi studiare il contenuto di un campione, ma non sai in anticipo cosa contiene e cosa devi determinare, afferma la ricercatrice Barbora Abakova, che durante la sua permanenza alla Chalmers ha prodotto i calcoli che costituiscono la base della nuova tecnologia e che hanno confermato Anche il metodo è stato implementato.
I ricercatori stanno ora continuando a lavorare per migliorare la progettazione dei nanocanali per poter trovare particelle e molecole più piccole, come quelle non ancora mostrate oggi.
L’obiettivo è perfezionare ulteriormente la nostra tecnologia in modo che possa aiutare a migliorare la nostra comprensione di base di come funziona la vita e contribuire allo sviluppo della prossima generazione di farmaci, afferma Christoph Langhammer.
Ecco come funziona la tecnologia
- Le molecole, o biomolecole, che i ricercatori vogliono studiare sono poste in un chip, dove minuscoli tubi di dimensioni nanometriche – nanocanali – sono riempiti con un fluido campione.
- Il chip è stato montato in un microscopio ottico a campo scuro appositamente adattato illuminato con luce visibile.
- Sullo schermo che mostra ciò che si vede al microscopio, la molecola appare come un’ombra scura mentre si muove liberamente all’interno del nanocanale. Questo perché la luce interagisce sia con il canale che con la biomolecola. L’effetto di interferenza che si verifica quindi migliora notevolmente la firma ottica della molecola attenuando la luce nella posizione esatta in cui si trova la molecola.
- Più piccolo è il nanocanale, maggiore è l’effetto di amplificazione e le particelle più piccole possono essere viste. Utilizzando questa tecnica, oggi è possibile analizzare biomolecole di peso molecolare di circa 60 kDa e oltre.
- È anche possibile studiare particelle biologiche più grandi, come vescicole extracellulari e lipoproteine, nonché nanoparticelle inorganiche.
spiegato: Un nuovo metodo di microscopia. Le biomolecole che i ricercatori vogliono studiare sono poste in un chip composto da minuscoli nanotubi – nanocanali. Il wafer viene aggiunto per il campionamento di liquidi, apposto su un microscopio ottico a campo scuro e illuminato con luce visibile. Su uno schermo collegato al microscopio, la molecola appare come un’ombra scura mentre si muove liberamente all’interno del canale. La massa di una molecola è proporzionale al grado di oscurità. Questo è il risultato dell’effetto di interferenza nell’interazione della luce con il nanocanale e la molecola.
immagine: Tecnologia Envue | Maja Saranin
Una precisazione: Chalmers University of Technology | Yen Strandqvist e Daniel Spacek, gruppo di neuroni
Maggiori informazioni sull’articolo scientifico e sulla ricerca
- Articolo Microscopio a dispersione nanofluidica senza etichetta per dimensioni e massa di singole particelle e nanoparticelle di diffusionePubblicato su Nature Methods e scritto da Barbora Abakova, Henrik Klein Moberg, Joachim Fritzsch, Johan Tenghamn, Gustav Sjosten, Hana Sipova-Youngova, David Albinson, Quentin Lobart, Daniel van Leeuwen, Friedrich Westerlund, Daniel Cottenä e Mbjölläll Christoph Langhammer.
- I ricercatori sono attivi presso la Chalmers University of Technology e l’Università di Göteborg. Ora Barbora Abakova avvia il suo gruppo di ricerca presso l’Accademia delle scienze ceca a Praga.
- La ricerca è stata finanziata principalmente dalla Fondazione per la ricerca strategica, nonché dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg. Parti della ricerca sono state condotte presso il Chalmers Laboratory for Nanotechnology nel Dipartimento di Microtecnologia e Nanoscienze e sotto l’egida della Chalmers Initiative for Nanotechnology Excellence.
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Christoph Langhammer Professore nel Dipartimento di Fisica, Chalmers University of Technology
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Mia Hallrod Balmgrine
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