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I ricercatori sviluppano strumenti ottici per rilevare i cambiamenti metabolici legati alla malattia

I cambiamenti metabolici nelle cellule possono verificarsi nelle prime fasi della malattia. Nella maggior parte dei casi, la conoscenza di tali segnali è limitata, in quanto solitamente rileviamo la malattia solo dopo che ha causato un danno significativo. Ora, un team guidato da ingegneri della Tufts University School of Engineering ha aperto una finestra nella cella sviluppando uno strumento ottico in grado di leggere il metabolismo a risoluzione subcellulare, senza dover perturbare le cellule con agenti di contrasto, o distruggerle per condurre analisi. Come riportato oggi su Science Advances, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare tale metodo per identificare specifiche firme metaboliche che potrebbero insorgere nel diabete, nel cancro, nelle malattie cardiovascolari e neurodegenerative.

Il metodo si basa sulla fluorescenza di due importanti coenzimi (biomolecole che funzionano in accordo con gli enzimi) quando vengono eccitati da un raggio laser. I coenzimi – nicotinamide adenina dinucleotide (NADH) e flavina adenina dinucleotide (FAD) – sono coinvolti in un gran numero di vie metaboliche in ogni cellula. Per scoprire le vie metaboliche specifiche affette da malattia o stress, gli scienziati di Tufts hanno esaminato tre parametri: il rapporto tra FAD e NADH, la fluorescenza “dissolvenza” del NADH e l’organizzazione dei mitocondri come rivelato dalla distribuzione spaziale del NADH all’interno di una cella (l’energia che produce “batterie” della cellula).

Il primo parametro – le relative quantità di FAD a NADH – può rivelare quanto bene la cellula sta consumando ossigeno, metabolizzando zuccheri o producendo o abbattendo molecole di grasso. Il secondo parametro – la fluorescenza “dissolvenza” del NADH – rivela dettagli sull’ambiente locale del NADH. Il terzo parametro – la distribuzione spaziale del NADH nelle cellule – mostra come i mitocondri si dividono e si fondono in risposta alla crescita cellulare e allo stress.

“Presi insieme, questi tre parametri cominciano a fornire firme metaboliche più specifiche e uniche di salute cellulare o disfunzione”, ha detto Irene Georgakoudi, Ph.D., corrispondente autore dello studio e professore di ingegneria biomedica presso la School of Engineering della Tufts. “Il potere di questo metodo è la capacità di ottenere informazioni su cellule vive, senza l’uso di agenti di contrasto o etichette attaccate che potrebbero interferire con i risultati.”

Esistono altri metodi per il monitoraggio non invasivo delle firme metaboliche della malattia, come la PET scan, che viene spesso utilizzata nella ricerca. Ma mentre le scansioni PET forniscono informazioni a bassa risoluzione con un’eccellente penetrazione di profondità nei tessuti viventi, il metodo ottico introdotto dai ricercatori di Tufts rileva l’attività metabolica alla risoluzione delle singole cellule, sebbene per lo più vicino alla superficie.

Questo non è necessariamente un limite. Molte malattie possono essere rilevate sulla superficie dei tessuti, incluso il cancro, mentre molti studi preclinici vengono condotti con modelli animali e tessuti tridimensionali ingegnerizzati che possono trarre beneficio dal monitoraggio non distruttivo. Il metodo sviluppato da Georgakoudi e colleghi potrebbe rivelarsi un potente strumento di ricerca per comprendere le loro firme metaboliche.

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