Scienziati risolvono problema decennale della microscopia ottica
La distorsione della profondità in microscopia ottica: una nuova scoperta
Lo studio di tessuti, cellule e proteine al microscopio è fondamentale per la prevenzione e il trattamento delle malattie. Questa ricerca richiede la misurazione accurata delle dimensioni di queste strutture biologiche. Tuttavia, quando osservate attraverso un microscopio ottico, questi campioni possono talvolta apparire più appiattiti rispetto alla loro vera forma.
• La distorsione della profondità in microscopia ottica: una nuova scoperta
• Calcoli, esperimenti e strumento web
• Comprendere anomalie e malattie
• Informazioni sullo strumento web
Ricercatori della Delft University of Technology hanno ora dimostrato per la prima volta che questa distorsione non è costante, contrariamente a quanto molti scienziati hanno assunto per decenni. La scoperta, pubblicata su Optica , conferma una previsione del premio Nobel Stefan Hell degli anni ’90. Con un tool di calcolo online e un software, ogni ricercatore può ora determinare la corretta profondità di un campione biologico.
Quando si osservano campioni biologici con un microscopio, il fascio di luce è disturbato se l’obiettivo della lente si trova in un mezzo diverso rispetto al campione. Ad esempio, quando si guarda un campione acquoso con una lente circondata da aria, i raggi di luce si piegano più nettamente nell’aria intorno alla lente rispetto all’acqua. Questo disturbo porta a misurare una profondità nel campione inferiore rispetto alla profondità reale.
Di conseguenza, il campione appare appiattito. “Questo problema è noto da molto tempo e dagli anni ’80 sono state sviluppate teorie per determinare un fattore correttivo per la determinazione della profondità. Tuttavia, tutte queste teorie assumevano che questo fattore fosse costante, indipendentemente dalla profondità nel campione. Ciò nonostante il fatto che il successivo premio Nobel Stefan Hell avesse indicato negli anni ’90 che questa scala potrebbe dipendere dalla profondità”, spiega il professore associato Jacob Hoogenboom.
Calcoli, esperimenti e strumento web
Sergey Loginov, ex postdoc alla Delft University of Technology, ha dimostrato con calcoli e un modello matematico che il campione appare effettivamente più fortemente appiattito più vicino alla lente rispetto a più lontano. Il dottorando Daan Boltje e il postdoc Ernest van der Wee hanno successivamente confermato in laboratorio che il fattore correttivo è dipendente dalla profondità.
Van der Wee: “Abbiamo raccolto i nostri risultati in uno strumento web e un software fornito con l’articolo. Con questi strumenti, chiunque può determinare il fattore correttivo preciso per il proprio esperimento.”
Comprendere anomalie e malattie
“Grazie in parte al nostro strumento di calcolo, possiamo ora tagliare molto precisamente una proteina e il suo ambiente da un sistema biologico per determinare la struttura con la microscopia elettronica. Questo tipo di microscopia è molto complesso, richiede tempo e incredibilmente costoso. Assicurarsi di guardare la struttura giusta è quindi molto importante”, afferma Boltje.
“Con la nostra determinazione della profondità più precisa, dobbiamo spendere molto meno tempo e denaro su campioni che hanno mancato l’obiettivo biologico. In definitiva, possiamo studiare più proteine e strutture biologiche rilevanti. E determinare la struttura precisa di una proteina in un sistema biologico è fondamentale per comprendere e combattere infine anomalie e malattie.”
Informazioni sullo strumento web
Nello strumento web, è possibile inserire i dettagli rilevanti del proprio esperimento, come gli indici di rifrazione, l’angolo di apertura dell’obiettivo e la lunghezza d’onda della luce utilizzata. Lo strumento visualizza quindi la curva per il fattore di scala dipendente dalla profondità. È anche possibile esportare questi dati per il proprio uso. Inoltre, è possibile tracciare il risultato in combinazione con il risultato di ciascuna delle teorie esistenti.
Riferimento: “Depth-dependent scaling of axial distances in light microscopy” di E. B. van der Wee, S. V. Loginov, M. N. F. Hensgens, D. B. Boltje e J. P. Hoogenboom, 19 aprile 2024, Optica . DOI: doi:10.1364/OPTICA.520595