In passato sono state fatte molte scoperte perché sono diventati disponibili metodi di misurazione migliori e più accurati, che consentono di ottenere dati da fenomeni precedentemente inesplorati. Ad esempio, la microscopia ad alta risoluzione ha iniziato a cambiare radicalmente le nostre prospettive sulla funzione e la dinamica delle cellule. I ricercatori del Cluster of Excellence ImmunoSensation2 dell'Università di Bonn, dell'Ospedale universitario e del centro di ricerca caesar hanno ora sviluppato un metodo che consente di utilizzare immagini multifocali per ricostruire il movimento di processi biologici veloci in 3D.
Molti processi biologici avvengono su una scala da nano a millimetrica e in pochi millisecondi. Metodi consolidati come la microscopia confocale sono adatti per registrazioni 3D precise ma mancano della risoluzione temporale o spaziale per risolvere processi 3D veloci e richiedono campioni etichettati. Per molte indagini in biologia, l'acquisizione di immagini a frame rate elevati è essenziale per registrare e comprendere i principi che governano le funzioni cellulari oi comportamenti veloci degli animali. La sfida che devono affrontare gli scienziati può essere paragonata al seguire un avvincente incontro di tennis: a volte non è possibile seguire con precisione la pallina in rapido movimento, oppure la pallina non viene scoperta prima che sia già fuori limite.
Con i metodi precedenti, i ricercatori non erano in grado di tracciare lo scatto perché l'immagine era sfocata o l'oggetto di interesse semplicemente non si trovava più nel campo visivo dopo lo scatto. I metodi di imaging multifocale standard consentono l'imaging 3D ad alta velocità, ma sono limitati dal compromesso tra alta risoluzione e ampio campo visivo e spesso richiedono etichette fluorescenti luminose.
Per la prima volta, il metodo qui descritto consente di utilizzare immagini multifocali con un ampio campo visivo e un'elevata risoluzione spazio-temporale. In questo studio, gli scienziati seguono il movimento di strutture sferiche e filamentose non etichettate in modo rapido e preciso.
Come descritto in modo molto sorprendente nello studio, il nuovo metodo fornisce ora nuove informazioni sulla dinamica del battito flagellare e sulla sua connessione con il comportamento di nuoto degli spermatozoi. Questa connessione è stata possibile perché i ricercatori sono stati in grado di registrare con precisione il battito flagellare dello sperma che nuota liberamente in 3D per un lungo periodo di tempo e contemporaneamente seguire le traiettorie degli spermatozoi individuali. Inoltre, gli scienziati hanno determinato il flusso del fluido 3D attorno allo sperma che batte. Tali risultati non solo aprono la porta alla comprensione delle cause dell'infertilità, ma potrebbero essere utilizzati anche nella cosiddetta “bionica”, ovvero il trasferimento di principi presenti in natura ad applicazioni tecniche.
I ricercatori del Cluster of Excellence ImmunoSensation2 possono già utilizzare il nuovo metodo e non solo per osservare lo sperma. Questo metodo potrebbe essere utilizzato anche per determinare le mappe di flusso 3D che risultano dal battito delle ciglia mobili. Le ciglia mobili battono in modo simile alla coda dello sperma e al fluido di trasporto. Il flusso guidato dalle ciglia svolge un ruolo importante nel ventricolo del cervello o nelle vie aeree dove serve a trasportare il muco dai polmoni e nella gola: questo è anche il modo in cui gli agenti patogeni vengono trasportati e allontanati.
Il concetto di imaging multifocale riportato in questo studio è conveniente, può essere facilmente implementato e non si basa sull'etichettatura degli oggetti. I ricercatori affermano che il loro nuovo metodo può trovare la sua strada anche in altri campi e vedono molte altre potenzialità applicazioni.
