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Sviluppo embrionale: straordinarie immagini da un nuovo microscopio

Per comprendere a fondo le complesse fasi che caratterizzano lo sviluppo di un embrione, osservarle non è certo sufficiente. Tuttavia, anche i normali microscopi non consentono di osservare facilmente questi dettagli, che oltre ad essere molto piccoli e complessi variano a grande velocità. I nuovi progressi tecnici permettono di “catturare” in video lo sviluppo dei moscerini della frutta e di osservare le fasi di formazione degli occhi e del mesencefalo del Danio rerio. Il team che ha perfezionato questo metodo, composto da scienziati tedeschi e statunitensi, ha presentato il suo lavoro sulla rivista Nature Methods.

La trasformazione di una cellula in animale è un processo estremamente complesso e rapido. La cellula, infatti, si divide in decine di migliaia di nuove cellule con grande velocità. Queste cellule si muovono poi all’interno dell’embrione e si sviluppano in organi diversi.

L’elaborazione dell’immagine e l’analisi dei dati automatizzati, per esempio, consentono agli scienziati di seguire il comportamento delle cellule già dai primi giorni di sviluppo del Danio rerio. Tuttavia, il successo di questi approcci dipende dalla potenza del microscopio.

“I campioni non-trasparenti (opachi) come quelli dei moscerini della frutta diffondono luce. Questo fa in modo che il microscopio catturi sia immagini a fuoco che immagini non a fuoco. Informazioni di buona e di cattiva qualità, potremmo dire”, ha spiegato Ernst Stelzer, scienziato presso lo European Molecular Biology Laboratory (EMBL) e coautore dello studio. “La nostra nuova tecnica ci consente di scegliere tra questi due tipi di informazioni”.

Un paio di anni fa, gli scienziati che hanno lavorato allo sviluppo di questa tecnica erano già riusciti a sviluppare un nuovo microscopio in grado di sfruttare fluorescenza e raggi laser molto sottili. Gli scienziati hanno ora affinato il metodo utilizzato, migliorando qualità dell’immagine e contrasto mediante la scelta di illuminare i campioni con una serie di strisce e non con un fascio di luce omogeneo. Questo ha permesso loro di catturare immagini di fasi diverse dell’illuminazione. Un computer ha poi affiancato queste immagini eliminando gli effetti della diffusione della luce e creando quindi un’immagine estremamente accurata.

Gli scienziati hanno utilizzato questo approccio da diverse angolazioni, ottenendo due risultati importanti. Per prima cosa hanno ottenuto circa 1 milione di immagini relative ai primi tre giorni di sviluppo del Danio rerio da diverse angolazioni e hanno girato dei filmati che riprendono i movimenti delle cellule che mostrano chiaramente la formazione degli occhi e del mesencefalo. Poi, nonostante l’embrione del moscerino della frutta sia opaco, sono riusciti a riprodurre alcuni straordinari video in 3D in time-lapse che mostrano chiaramente le dinamiche cellulari dello sviluppo. Gli scienziati sono riusciti ad ottenere questi risultati senza esporre i campioni a una luce eccessiva che avrebbe potuto danneggiarli.

Le immagini, oltre ad essere di straordinario interesse, saranno molto utili agli scienziati. Potranno, infatti, essere utilizzate per effettuare analisi computazionali dei movimenti e della divisione cellulare e per creare un modello per la mappatura e il confronto dell’espressione genica all’interno di un organismo.

Il dottor Stelzer ha sottolineato che questo nuovo metodo “ci permette di analizzare organismi fino ad oggi poco studiati proprio per le loro ‘poco fortunate’ proprietà ottiche”.

Allo studio, coordinato dai ricercatori della sede di Heidelberg del Laboratorio europeo di biologia molecolare (EMBL), hanno contribuito in modo determinante anche ricercatori dell’Università di Heidelberg, del Politecnico di Karlsruhe e della Goethe Universität, come anche scienziati dell’Howard Hughes Medical Institute e dello Sloan-Kettering Institute, entrambi con sede negli Stati Uniti.

Per maggiori informazioni, visitare:

Nature Methods:
http://www.nature.com/nmeth/index.html

EMBL Heidelberg:
http://www.embl.de/

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