Responsabile:
Alberto Diaspro

Programma di Ricerca:
microscopia e nanoscopia per inseguimento dinamico di biomolecole in 3D in sistemi cellulari

“Immaginiamo di esplorare una foresta intricatissima. Ci sono ostacoli da spostare sul cammino, ma ci sono anche tantissimi animali e uccelli sugli alberi. Se ci muovessimo ‘a colpi di machete’, potremmo esplorare la foresta a metà, perché faremmo scappare tutti gli animali e non riusciremmo a vedere com’è la vita normalmente in quell’ambiente. Perciò dobbiamo muoverci senza perturbare la foresta, dobbiamo esplorarla ‘in punta di piedi’. Ecco, questo è esattamente quello che fa la microscopia ottica, in particolare la microscopia ottica a due fotoni, con la cellula: la esplora in punta di piedi.”

A parlare così è Alberto Diaspro, direttore del programma di ricerca IFOM “Microscopia e nanoscopia per inseguimento dinamico di biomolecole in 3D in sistemi cellulari”, attivo dal 2004 presso il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Genova. Il gruppo di Diaspro è fortemente interdisciplinare, i componenti hanno background in Fisica, Ingegneria, Medicina, Chimica e Biologia.

Presentazione del programma

Immagine ricavata da
un microscopio multifotonico

Il team di Diaspro, in collaborazione con il gruppo di imaging attivo presso il Campus IFOM-IEO di Milano e diretto da Mario Faretta, sta studiando dettagli della struttura e della funzione cellulare importanti per capire i meccanismi molecolari della trasformazione tumorale. Grazie a sofisticate tecniche di microscopia, gli scienziati raccolgono immagini tridimensionali di tessuti, di singole cellule, di strutture subcellulari, di singole molecole.

Per arrivare a costruire una “mappa” completa di quello che succede dentro una cellla, molecola per molecola. “Vogliamo capire – continua lo scienziato – come funziona l'organizzazione della ‘foresta-cellula’. Una volta ottenute queste mappe tridimensionali, che possono essere raccolte nel tempo per seguire l'evolvere temporale delle strutture, si possono realizzare immagini digitali che rappresentano modelli tridimensionali degli oggetti studiati.

Il nostro sogno è arrivare a prevedere, solo guardando le mappe, come una data cellula si può evolvere, se sta facendo le cose giuste o se rischia di diventare una cellula tumorale.” E non solo. Con la stessa tecnica di osservazione, Diaspro e colleghi studiano anche l’effetto dei farmaci sulle cellule tumorali, per valutarne l’efficacia e l’eventuale tossicità. Il gruppo sta anche sviluppando sistemi "soffici e disordinati" per sondare la vita della cellula, le cosidette nanoparticelle fluorescenti: nanomachines nei meandri cellulari che possono anche trasportare farmaci antitumorali.

Particolari strumenti o competenze utilizzate nello programma

Per ottenere immagini in 3D e, insieme, non interferire con i meccanismi cellulari, il gruppo di Diaspro si serve di un particolare microscopio ottico, il microscopio a due fotoni. Il sistema, che si basa su una specie di “inganno fisico”, utilizza laser ultraveloci che inviano sul campione da osservare luce intermittente a energia sufficientemente bassa da non danneggiare le cellule ma sufficiente alta per metterne in evidenza tutti i dettagli molecolari della superficie e dell’interno. Le immagini sono nitidissime.

“Riusciamo a ottenere – afferma Diaspro – immagini precise sollecitando volumi straordinariamente piccoli, dell’ordine del centesimo di femtolitro.” Straordinariamente piccoli davvero, se pensiamo che un femtolitro è già un milionesimo di miliardesimo di litro. Il gruppo di ricerca va oltre: gli sviluppi scientifici e tecnologici  della microscopia a due fotoni hanno portato la comprensione degli eventi cellulari al livello della singola molecola. Oggi osserviamo dettagli e interveniamo su una scala “nano” ovvero alla decina di miliardesimi di metro.

Il gruppo di Diaspro sviluppa e utilizza metodi avanzati per studiare traiettorie e diffusione di biomolecole, relazioni a corto raggio, comunicazioni cellulari su tempi del milionesimo di secondo.

Possibile impatto su prevenzione o trattamento del cancro

L’obiettivo del programma è arrivare a costruire mappe tridimensionali e complete della struttura e funzione delle cellule e dei meccanismi di comunicazione cellulare, molecola per molecola. Tali mappe, costruite in sequenza temporale, potrebbero permettere di prevedere come una data cellula si può evolvere e se “rischia” di diventare una cellula tumorale.

L’interesse di Diaspro, laureato a Genova in ingegneria elettronica, è sempre stato orientato verso lo sviluppo della microscopia, e avrebbe voluto da tempo applicare le sue conoscenze ai sistemi biologici. “Volevo che il mio lavoro potesse essere veramente utile – racconta lo scienziato – e il campo dell’oncologica è oggi così vicino a tutti noi che mi sembrava la strada giusta da percorrere. IFOM ha riconosciuto le potenzialità di questo connubio e così è nato il mio programma di ricerca.”

Nota

Il programma di ricerca si svolge presso il LAMBS (Laboratorio Avanzato di Microscopia, Bioimmagini e Spettroscopia e del Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Genova, in via Dodecaneso 33, e afferisce al laboratorio MicroscoBio (Centro di Ricerca in Microscopia e Spettroscopia correlativa in Biomedicina e Oncologia) della stessa Università. Il LAMBS, come IFOM, è partner del progetto NANOMED.

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