I ricercatori IBM di Almaden in collaborazione con il Center for Probing the Nanoscale alla Stanford University hanno dimostrato l’imaging a risonanza magnetica (MRI) con una risoluzione 100 milioni di volte più alta rispetto alla risonanza magnetica tradizionale.
Questo risultato, pubblicato oggi su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), rappresenta un traguardo importante per la biologia molecolare e la nanotecnologia, offrendo la possibilità di studiare strutture tridimensionali complesse su nanoscala.
Estendendo la risonanza magnetica a una risoluzione così elevata, gli scienziati hanno creato un microscopio che, con un ulteriore sviluppo, potrà risultare sufficientemente potente da chiarire la struttura e le interazioni delle proteine, aprendo la strada a nuovi progressi nella medicina personalizzata. Questo risultato offrirà nuove prospettive allo studio degli elementi, dalle proteine ai circuiti integrati, per il quale una comprensione dettagliata della struttura atomica è essenziale.
“Questa tecnologia è destinata a rivoluzionare il modo in cui osserviamo virus, batteri, proteine e altri elementi biologici”, spiega Mark Dean, IBM Fellow, vice president of strategy and operations per IBM Research.
Il progetto è stato reso possibile grazie a una tecnica denominata microscopia di forza di risonanza magnetica (MRFM, Magnetic Resonance Force Microscopy), che si affida al rilevamento di forze magnetiche minuscole. Oltre all’elevata risoluzione, la tecnica di imaging ha l’ulteriore vantaggio: di riuscire a "vedere" al di sotto delle superfici e, a differenza della microscopia elettronica, di essere non distruttiva rispetto ai materiali biologici sensibili.
Da più di dieci anni i ricercatori IBM stanno compiendo progressi nella MRFM. Ora il team guidato da IBM ha aumentato notevolmente la sensibilità della MRFM, associandola a una tecnica avanzata di ricostruzione delle immagini 3D. Ciò ha consentito di dimostrare, per la prima volta, la MRI su oggetti biologici in scala nanometrica. La tecnica è stata applicata a un campione di virus del mosaico del tabacco, ottenendo una risoluzione fino a quattro nanometri. Un nanometro è un miliardesimo di metro, un virus del mosaico del tabacco è di 18 nanometri di diametro.
“La risonanza magnetica è uno strumento conosciuto e potente per l’imaging medico, ma la sua capacità per la microscopia è sempre stata molto limitata”, spiega Dan Rugar, manager of Nanoscale Studies, IBM Research. “La nostra speranza è che la MRI su nanoscala ci consentirà di acquisire direttamente l’immagine della struttura interna delle singole molecole delle proteine e dei complessi molecolari, essenziale per comprendere la funzione biologica”.
Il nuovo dispositivo non funziona come un’apparecchiatura per la risonanza magnetica tradizionale, che utilizza bobine di gradiente e imaging. Al contrario, i ricercatori utilizzano la MRFM per rilevare minuscole forze magnetiche con il campione posizionato su un cantilever per microscopio, essenzialmente un piccolissimo frammento di silicio a forma di trampolino. L’interferometria laser segue il movimento del cantilever, che vibra leggermente quando gli spin magnetici negli atomi di idrogeno del campione interagiscono con una vicina punta magnetica nanoscopica. La punta è scandita in tre dimensioni e le vibrazioni del cantilever vengono analizzate per creare un’immagine tridimensionale.
La Ricerca IBM ha una storia illustre nello sviluppo di microscopi per l’imaging su nanoscala e la scienza. I ricercatori IBM Gerd Binnig e Heinrich Rohrer hanno ricevuto nel 1986 il premio Nobel per la fisica, per l’invenzione del microscopio a effetto tunnel, in grado di eseguire immagini di singoli atomi su superfici elettroconduttive.
Inoltre, IBM vanta una lunga storia di contributi – che risale agli anni ’50 – in campo sanitario. Negli ultimi dieci anni, in particolare, IBM ha sviluppato un archivio nazionale digitale per la mammografia con l’Università della Pennsylvania; ha sviluppato un sistema aperto agli studi clinici con la Mayo Clinic; ha collaborato con l’istituto di ricerca Scripps per comprendere come mutano i virus dell’influenza e sviluppare trattamenti in modo proattivo; ha collaborato con università europee per sviluppare metodi migliori per decidere le terapie antiretrovirali per l’HIV; ha lanciato la World Community Grid, che ha condotto progetti sul cancro, sull’AIDS, sulla dengue e molto altro ancora.
