Il nobel per la chimica quest’anno va a due ricercatori statunitensi (Eric Betzig dell’Howard Hughes Medical Institute e William E. Moerner della Stanford University) ed un ricercatore tedesco (Stefan W. Hell del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry) per “lo sviluppo delle tecniche di microscopia a fluorescenza in super risoluzione”.

Il microscopio è uno degli strumenti di laboratorio più usato al mondo e, certamente, è anche uno degli strumenti che più affascinano i non addetti ai lavori perchè permette di accedere alle dimensioni di un mondo che non ci appartiene in quanto non raggiungibile con la sola sensibilità della nostra vista.

abbe's diffraction limit

Per molti anni comunque la microscopia ottica è rimasta sottomessa alla restrizione posta dalle leggi della fisica secondo la quale la risoluzione è limitata, tra le altre cose, dalla lunghezza d’onda della luce con cui si illumina il campione. Nel 1873, il microscopista Ernst Abbe pubblicò una famosa equazione che dimostrava proprio questo concetto. Ciò ovviamente portò la maggior parte degli scienziati del ventesimo secolo a pensare che non sarebbe stato possibile osservare con tecniche di microscopia ottica oggetti più piccoli dei decimi di micrometri (per capirci un micrometro è un milionesimo di metro, il diametro di un capello umano è circa 100 micrometri quindi un decimo di micrometro è un millesimo di un capello umano). Ma cosa c’è da vedere di interessante e così piccolo? Per esempio, nel campo biologico, si possono vedere cellule, batteri e, proprio sul limite della risoluzione anche i virus e i cromosomi. Però al di sotto di questo limite c’è ancora un mondo importantissimo di molecole interessanti da studiare ed ecco che, grazie al lavoro degli scienziati che oggi sono stati premiati con il Nobel, in molti laboratori in giro per il mondo si possono vedere, per esempio, le singole molecole che compongono le cellule studiare le interazioni di singole proteine all’interno di esse. Questa possibilità è di fondamentale importanza per la comprensione dei meccanismi di funzionamento della cellula stessa perchè senza di ciò sarebbe come voler capire come vivono e si comportano i cittadini all’interno degli edifici ma potendo vedere solo le abitazioni ma non gli abitanti!
Nello specifico i tre ricercatori hanno lavorato su due diverse tecniche.

Stefan W. Hell ha sviluppato la tecnica chiamata STED (stimulated emission depletion) cioè
deplezione mediante emissione stimolata. In parole semplici si utilizzano le proprietà di molecole fluorescenti all’interno della cellula e due laser: uno serve per fare in modo che le molecole fluorescenti presenti nel campione che si sta osservando brillino, mentre l’altro provvede a cancellare tutta la fluorescenza tranne quelle in un piccolissimo volume dell’ordine dei nanometri (e cioè mille volte più piccolo dei micrometri). I fasci laser si muovono sul campione scansionandolo e, poichè si conosce esattamente quale sia la posizione dei laser su di esso, si riescono a raccogliere punto per punto le informazioni ottenedo una immagine ad una risoluzione molto più alta dei decimi di micrometro.

Eric Betzig e William E. Moerner invece, pur lavorando a progetti separati, hanno dato un contributo fondamentale allo sviluppo di un’altra tecnica, che si chiama microscopia a singola molecola. In questo caso durante l’osservazione di un campione viene attivata la fluorescenza di singole molecole, escludendo quella di altre vicine. Questo risultato è ottenuto illuminando in modo tale che non tutte le molecole fluorescenti si accendano contemporaneamente ma un po’ per volta. In questo modo è possibile definire la loro posizione con più accuratezza e poi, mettendo insieme immagini seguenti in cui vengono attivate altri sottoinsiemi di molecole fluorescenti ricostruire l’immagine nella sua interezza. Per avere una idea semplice si può forse paragonare questa tecnica al puntinismo, il movimento pittorico di fine 800 caratterizzato dalla scomposizione dei colori in piccoli punti.

Per concludere le tecniche sviluppate da Eric Betzig, Stefan Hell e W. E. Moerner hanno portato all’invenzione anche di altre tecniche di nanoscopia oggi utilizzate ma soprattutto hanno permesso di vedere processi prima inosservabili. Stefan Hell, per esempio, ha osservato attentamente all’interno di cellule nervose per comprendere meglio le sinapsi cerebrali. W. E. Moerner ha studiato proteine collegate alla malattia di Huntington. Eric Betzig ha seguito la divisione cellulare all’interno degli embrioni. Ma questi sono solo pochi esempi rispetto a tutto quello che si è gia potuto vedere e si comprenderà grazie alla nanoscopia.

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