Vivaci, attenti, pronti a cogliere i minimi movimenti. Non gli sfugge nulla. Sono gli “occhi” della la piattaforma open-source BrightEyes-TTM, un cronometro per investigare cosa accade all’interno di una cellula con una precisione dell’ordine dei millesimi di miliardesimi di secondo. Messo a punto dai ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova e descritto su Nature Communications, si tratta del primo strumento mai realizzato per studiare come si comportano le molecole cellulari per far funzionare il nostro organismo. E aiuterà a riconoscere i malfunzionamenti molecolari che subentrano quando una cellula sana si ammala. 

Seguire i movimenti di una specifica molecola all’interno di una cellula è una vera sfida. Le dimensioni microscopiche del bersaglio rendono il monitoraggio estremamente complicato. I microscopi ottici non bastano se non si dispone di uno strumento in grado di distinguere una specifica molecola dalle migliaia di altre molecole che la circondano. Il gruppo di ricercatori dell’IIT guidato da Giuseppe Vicidomini, sfruttando la tecnica della fluorescenza, ovvero la capacità di specifiche molecole di diventare luminose quando colpite da una luce, ha potuto registrare i segnali di luce con uno speciale sensore in grado scomporre la luce in fotoni cioè nella sua più piccola componente. È stato possibile così ricavare informazioni sulla posizione e sulla quantità delle molecole presenti all’interno della cellula.

Il sensore, chiamato SPAD array detector, fornisce immagini di alta qualità ma registra anche l’accendersi e lo spegnersi delle molecole fluorescenti, quando vengono colpite dalla luce. Il tempo che intercorre tra l’assorbimento della luce laser e l’emissione del “quanto” di luce (o fotone), il cosiddetto tempo di vita, può dare informazioni aggiuntive rispetto a quelle ottenute dalle sole immagini, come dettagli sulla struttura o sul microambiente in cui la molecola si trova. La combinazione di immagini e tempo di vita può fornire una visione globale della funzione che alcune specifiche molecole svolgono all’interno delle cellule. 

Il tempo di vita è dell’ordine di millesimi di miliardesimi di secondi. La nuova piattaforma BrightEyes-TTM è capace di registrare il momento esatto in cui le particelle di luce vengono rilasciate e giungono sul sensore, rappresentando di fatto un cronometro per le interazioni molecolari presenti all’interno delle cellule.

La piattaforma BrightEyes-TTM è stata già inserita nel progetto della “RNA initiative”, un’iniziativa targata IIT che unisce laboratori e ricercatori di discipline diverse con focus sull’RNA. Infatti, lo studio del tempo di vita di proteine e molecole di RNA coinvolte in malattie neurodegenerative, permetterà di studiare come queste due classi di molecole interagiscono tra di loro prima e dopo i processi patologici che portano i neuroni a morire. 

BrightEyes-TTM è un sistema open-source che offre tutta la comunità scientifica internazionale l’opportunità di investigare i processi dinamici delle molecole. I ricercatori del IIT sono convinti che la condivisione della piattaforma con l’intera comunità scientifica getterà le basi anche per applicazioni non biologiche, come la microscopia quantistica.

Lo sviluppo della piattaforma è stato reso possibile da un team multidisciplinare di ingegneri, fisici e biologi, e dal supporto economico da parte di progetti finanziati dall’European Research Council, dalla Fondazione San Paolo e dal programma dell’Unione Europea Horizon 2020.