Ricerca nel campo delle neuroscienze
Le neuroscienze sono un ambito multidisciplinare che coinvolge lo studio della struttura e della funzione del sistema nervoso. Lo scopo è quello di comprendere lo sviluppo dei processi cognitivi e comportamentali, nonché di comprendere e scoprire terapie per disturbi quali il morbo di Alzheimer o il morbo di Parkinson.
L'uso di tecniche di microscopia è fondamentale per visualizzare il sistema nervoso a livello cellulare e subcellulare e per osservare eventuali cambiamenti molecolari all'interno del contesto. I recenti sviluppi nell'imaging dei tessuti in profondità profondi hanno fornito ulteriori approfondimenti sulla funzione neuronale. Tecnologie emergenti quali l'etichettatura delle cellule genetiche e l'optogenetica completano questi sviluppi.
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Le sfide dell'imaging per la ricerca nelle neuroscienze
La ricerca sul sistema nervoso richiede spesso l'uso della combinazione di alta risoluzione, imaging profondo e visualizzazione di sezioni di grandi dimensioni. È necessaria anche una certa flessibilità per visualizzare diversi tipi di campioni, quali cellule vive, tessuti, organoidi e organismi modello.
Lo studio di processi dinamici veloci, quali il trasporto cellulare o il rimodellamento sinaptico, richiede l'impiego della microscopia ad alta velocità. Una delle sfide principali della microscopia ad alta velocità è rappresentata dall'acquisizione di immagini ad alta risoluzione evitando, al tempo stesso, la saturazione della fluorescenza.
La ricerca nel campo delle neuroscienze spesso coinvolge l'imaging widefield e quello volumetrico. La necessità di ridurre la dispersione della fluorescenza e il segnale di fondo può rendere difficile l'acquisizione di immagini con elevato contrasto e risoluzione, cosa particolarmente critica quando si esamina l'architettura neuronale in tessuti densi come le sezioni cerebrali.
Neuroni corticali coltivati. Z-stack di 59 piani (spessore: 21µm). Il campione è gentile concessione di FAN GmbH, Magdeburgo, Germania.
Metodi di microscopia per la ricerca nel campo delle neuroscienze
Lo studio del sistema nervoso si basa tipicamente sulla microscopia confocale per l'imaging ad alta risoluzione di eventi e strutture. Per l'imaging in vivo più in profondità, viene utilizzata la microscopia multifotone, in quanto la sua capacità di utilizzare l'eccitazione nel vicino infrarosso riduce lo scattering della luce, rendendo possibile un imaging in profondità riducendo al minimo l'invasività. Anche la microscopia Lightsheet è una buona scelta per i campioni sensibili alla luce o 3D. Riduce la fototossicità, fornendo al contempo un sezionamento ottico intrinseco e un imaging in 3D.
- L'optogenetica è una tecnica che prevede il controllo dell'attività neurale utilizzando la luce e che permette lo studio di specifiche reti neuronali e la segnalazione cellulare. Richiede l'espressione di proteine fotosensibili nella membrana cellulare neuronale. L'esplorazione di eventi su scala nanometrica utilizzando l'optogenetica in combinazione con la vetrificazione di precisione temporizzata al millisecondo è una tecnologia promettente per studiare specifici time point all'interno di un processo dinamico.
- L'elettrofisiologia è lo studio delle proprietà elettriche dei tessuti e delle cellule e comprende lo studio delle proprietà elettriche dei neuroni. La funzione delle cellule nervose e muscolari si basa su correnti ioniche che fluiscono attraverso i canali ionici. Un modo per indagare i canali ionici è quello di utilizzare il patch clamp. Questo metodo permette di indagare in dettaglio i canali ionici e di registrare l'attività elettrica di diversi tipi di cellule, principalmente di cellule eccitabili come i neuroni.
THUNDER Imager
I THUNDER Imager consentono di ottenere una visione chiara dei dettagli, anche in profondità, all'interno di un campione intatto, in tempo reale eliminando la luce fuori fuoco. La loro capacità di acquisire immagini nitide cambia radicalmente il modo in cui si esegue l'imaging di organismi modello, sezioni di tessuto e colture cellulari in 3D come gli organoidi. È possibile utilizzare sezioni più spesse e strutture di dimensioni maggiori rispetto a quelle di un microscopio widefield standard.
SP8 DIVE (Deep In Vivo Explorer)
L'SP8 DIVE (Deep In Vivo Explorer) è il primo microscopio multifotone con rilevazione spettrale. Garantisce la massima profondità di penetrazione e contrasto per imaging in vivo in profondità. Con l'SP8 DIVE, puoi osservare il campione in profondità avendo accesso ai dettagli più fini e acquisendo più marcatori con una perfetta separazione dei colori. La sua elevata precisione e sensibilità lo rendono ideale per l'osservazione di neuroni in-vivo.
Mica
Mica, il primo Microhub al mondo, combina perfettamente l'imaging a campo widefield con quello confocale e consente al tempo stesso l'analisi supportata dall'intelligenza artificiale. Il tutto all'interno di un incubatore che garantisce la protezione dei campioni. Veloce e facile da usare, grazie alla tecnologia FluoSyncTM, Mica consente di visualizzare simultaneamente fino a 4 marcatori in modalità widefield o confocale. Da oggi è possibile generare una quantità di dati 4 volte superiore con il 100% di correlazione spaziotemporale, passando dalla modalità widefield a quella confocale senza spostare il campione.
