Unire i vantaggi della microscopia ottica con la potenza di ingrandimento della microscopia elettronica. È una vera e propria rivoluzione per la tecnologia e lo studio dell’imaging, la cosiddetta Correlative Light-Electron Microscopy o CLEM.
Il laboratorio, inaugurato nel campus di Humanitas University, a poche decine di metri dai laboratori e dai reparti ospedalieri di IRCCS Istituto Clinico Humanitas, è situato all’interno del Roberto Rocca Innovation Building ed è tra i primi in Europa a essere istallato all’interno di un ospedale di ricerca. L’obiettivo è applicare la potenza tecnologica del CLEM – nata nel mondo delle scienze dei materiali e dello studio della struttura chimico-fisica delle molecole – alla ricerca per la cura delle malattie.
Indice
Cosa propone la CLEM
La tecnologia CLEM per lo studio dei processi biologici in 4 dimensioni nasce con l’obiettivo di unire due approcci complementari allo studio della biologia: da un lato, la microscopia ottica a fluorescenza, che permette di osservare eventi dinamici in tessuti vivi, dall’altro, la microscopia elettronica, che offre una risoluzione nanometrica per analizzare la struttura delle componenti cellulari.
Qui risiede un altro carattere di novità del progetto Humanitas: la microscopia elettronica tradizionale guarda immagini in 2D. il laboratorio di Pieve Emanuele utilizza una tecnologia – detta Volume EM – che permette di guardare dati in 3 dimensioni a risoluzione nanometrica (un nanometro è un milionesimo di millimetro). Come osservare una via cittadina passando dalla prospettiva di una mappa stradale – piatta e dall’alto – al punto di vista di un pedone che cammina in quella strada: visione tridimensionale, iperdettagliata.
Un altro elemento chiave è stato l’introduzione delle tecniche di crio-microscopia, che si basano sul “congelamento” istantaneo dei campioni biologici tramite azoto liquido ad alta pressione, che evita la formazione in ghiaccio e ne preserva così l’integrità strutturale. Grazie a questa combinazione, oggi è possibile osservare un evento biologico in diretta, localizzarlo con precisione e poi bloccarlo nel tempo per analizzarlo nei minimi dettagli e in 3D. Insomma, si tratta di una sorta di TAC cellulare in quattro dimensioni, contando anche quella temporale.
Cosa potrebbe cambiare
Grazie a questo approccio innovativo si punta a trovare risposte alla complessità delle domande che arrivano dai reparti ospedalieri e dai laboratori di ricerca. Alla base, la consapevolezza che ciò che accade nel micro – a livello subcellulare all’interno di tessuti – ha effetti sul macro: i sintomi della malattia.
A guidare questa trasformazione ambiziosa, in collaborazione con i medici e ricercatori di Humanitas, c’è Edoardo D’Imprima, rientrato dall’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) di Heidelberg proprio per avviare il nuovo laboratorio CLEM di Humanitas.
“La CLEM rappresenta una nuova frontiera per la Biologia e la Medicina, perché consente di collegare funzione e struttura, macro e micro. In un’epoca in cui la medicina di precisione richiede una comprensione sempre più profonda e dettagliata dei processi biologici, che sono altamente complessi, la CLEM unisce “il film” della dinamica cellulare con l’istantanea del dettaglio molecolare delle strutture coinvolte. Il tutto in tre dimensioni e tradotto in numeri, grazie all’Intelligenza Artificiale e alla potenza di calcolo, per fornire ai medici dati, una risposta quantitativa, e non solo immagini”
spiega D’Imprima.
L’applicazione della tecnologia CLEM su larga scala comporta infatti un’altra sfida fondamentale: la gestione dell’enorme mole di dati generata dagli strumenti. Per affrontare questa necessità, Humanitas University ha potenziato il suo centro di calcolo ad alte prestazioni (il cosiddetto HPC, high performance computing). Questo sistema avanzato non solo permette di stoccare i dati raccolti, ma anche di analizzarli in tempo reale per estrarre informazioni quantitative, cruciali per supportare il lavoro dei gruppi di Ricerca clinica e traslazionale di Humanitas. Già oggi, soprattutto nell’ambito dello studio della resistenza agli antibiotici e dei batteri oltre che dell’infiammazione nelle neuroscienze, si sono avviate collaborazioni con strutture già operanti. E in futuro sono previste ulteriori applicazioni di questo approccio.
