Il Nobel per la Chimica a Eric Betzig, Stefan W. Hell e William E. Moerner

Il premio Nobel per la Chimica 2014 è stato assegnato a Eric Betzig, Stefan W. Hell e William E. Moerner per il loro sviluppo delle tecnologie per la microscopia ottica a fluorescenza a super risoluzione.

Grazie ai tre premiati oggi con il Nobel per la Chimica è stato possibile superare un limite che si pensava invalicabile della microscopia ottica: la possibilità di ottenere una risoluzione migliore della metà della lunghezza d’onda della luce. Il loro lavoro ha permesso di ottenere microscopi ad altissima risoluzione che vedono cose minuscole, grandi un milionesimo di millimetro.

Attraverso la nanoscopia, ogni giorno gli scienziati in centinaia di laboratori di ricerca in giro per il mondo possono vedere – per esempio – le singole molecole che compongono le cellule. Possono scoprire come le molecole creano quelle che diventano le connessioni tra le cellule nervose nel cervello, o come il comportamento di alcune proteine influenza lo sviluppo di malattie degenerative come il parkinson o l’alzheimer. La nanoscopia viene anche usata per seguire lo sviluppo delle uova fecondate nel processo che le porta a diventare embrioni.

Per moltissimo tempo la possibilità di analizzare l’evoluzione di una cellula vivente al suo livello molecolare è stata una semplice ambizione, perché mancavano gli strumenti per poterlo farlo. A fine Ottocento la teoria secondo cui non si potesse andare oltre gli 0,2 micrometri nella visione al microscopio divenne piuttosto diffusa. Molti anni dopo, Betzig, Hell e Moerner hanno dimostrato che il limite teorizzato poteva essere superato e hanno aperto la strada per l’analisi di ciò che si trova nell’estremamente piccolo.

La ricerca di Hell
Nello specifico, con il premio Nobel per la Chimica 2014 sono stati riconosciuti due principi fissati dai ricercatori. Il primo ha permesso a Hell di sviluppare la tecnologia STED (stimulated emission depletion, deplezione mediante emissione stimolata) nell’ambito della microscopia. Semplificando, nel sistema sono utilizzati due raggi laser: uno serve per fare in modo che le molecole fluorescenti presenti nel campione che si sta osservando al microscopio brillino, mentre l’altro provvede a cancellare tutta la fluorescenza tranne quella rilevante per l’osservazione nell’ordine del nanometro. La scansione del campione in analisi, nanometro dopo nanometro, permette di ottenere un’immagine a super risoluzione, che supera il limite ipotizzato a fine Ottocento.

Il metodo di Betzig e Moerner
Lavorando a progetti separati, Betzig e Moerner hanno dato un contributo fondamentale allo sviluppo di un’altra tecnica, che si chiama microscopia a singola molecola. In questo caso durante l’osservazione di un campione viene attivata la fluorescenza di singole molecole, escludendo quella di altre. Con una scansione viene fatto brillare un numero molto limitato di molecole, poi viene scansionato altre volte lo stesso campione attivando la fluorescenza di altre molecole. Le immagini ottenute sono infine combinate tra loro consentendo di avere un’unica scansione ad altissima risoluzione a livello molecolare.

Stefan Hell è nato nel 1962 ad Arad in Romania e ha la cittadinanza tedesca. Ha conseguito il dottorato nel 1990 presso l’Università di Heidelberg ed è direttore di uno dei centri di ricerca del Max Planck Institute.

Eric Betzig è nato nel 1960 ad Ann Arbor nel Michigan, Stati Uniti. Ha conseguito il dottorato nel 1988 presso la Cornell University di Ithaca nello Stato di New York e successivamente è diventato responsabile del Janelia Farm Research Campus dello Howard Hughes Medical Institute di Ashburn, Virginia.

William E. Moerner è del 1953 ed è nato a Pleasanton in California, Stati Uniti. Dopo il dottorato conseguito nel 1982 presso la Cornell University è diventato docente presso la Stanford University, sempre in California.