Origliare i sussurri delle singole cellule

Per funzionare come un'unità, le cellule del nostro corpo devono comunicare costantemente tra loro. Esse secernono sostanze di segnalazione, ioni, proteine o acidi nucleici, che vengono recepite dalle cellule vicine. Queste ultime, a loro volta, trasmettono il segnale ad altre cellule. ? solo attraverso questa comunicazione che i nostri muscoli, l'apparato digerente o il cervello, ad esempio, funzionano. Ed è solo attraverso questa comunicazione che il nostro sistema immunitario riconosce gli agenti patogeni o le cellule malate e può reagire ad essi, sempre inviando segnali per mobilitare le difese immunitarie. Se qualcosa va storto in questa segnalazione tra le cellule, ciò porta a malattie come il cancro o le malattie autoimmuni. "? quindi importante studiare quali segnali inviano le cellule in quali situazioni", spiega Morteza Aramesh. Il biofisico del Laboratorio di Biosensori e Bioelettronica dell'ETH di Zurigo ha sviluppato un nuovo metodo che permette di fare proprio questo: ascoltare la comunicazione di una singola cellula.

Un nuovo nanosensore

In passato è stato possibile misurare tali segnali, ma solo per intere popolazioni di centinaia o migliaia di cellule. I metodi utilizzati finora non erano sufficientemente sensibili per le singole cellule. Di conseguenza, le sostanze di segnalazione delle singole cellule si perdevano nella media della popolazione: "Era impossibile riconoscere le differenze tra le cellule, ad esempio per identificare le cellule malate", dice Aramesh.

Il nuovo metodo, pubblicato di recente sulla rivista pagina esternaNatura Nanotecnologia è stato pubblicato. Morteza Aramesh e i suoi colleghi hanno dotato un cosiddetto microscopio a forza fluida di una speciale punta a cantilever. I cantilever sono piccoli bracci di leva con una punta sottile che scansionano la superficie di tali microscopi, ad esempio quella di una cellula. La novità è rappresentata da un minuscolo sensore sulla punta del braccio di leva. Si tratta di un poro di nitruro di silicio di pochi nanometri, che registra quando la cellula secerne molecole.

Ecco come funziona: Le proteine di trasporto situate nella membrana cellulare sono responsabili dell'espulsione delle sostanze di segnalazione dalle cellule. Il nanoporo di nuova costruzione ha un diametro così piccolo che può essere posizionato con precisione su tali proteine di trasporto e intercetta le sostanze che lo attraversano. Il nanosensore analizza il flusso di ioni. Questo cambia quando ioni o biomolecole più grandi, come proteine o acidi nucleici, attraversano il poro. ? possibile distinguere le diverse sostanze di segnalazione in base al tipo e alla durata della variazione della corrente ionica.

Singole cellule sotto la lente d'ingrandimento

I ricercatori hanno testato il loro metodo, che chiamano "microscopia a scansione di nanopori", con cellule nervose provenienti da cervelli di ratti. Finora sono riusciti a distinguere singole sostanze di segnalazione, come ioni e alcune proteine. I biofisici vogliono sviluppare ulteriormente i loro nanosensori in modo da poter riconoscere altre sostanze di segnalazione in futuro. "Il nostro obiettivo è quello di riuscire ad analizzare tutti i segnali di una cellula", afferma Janos V?r?s, responsabile del Laboratorio di biosensori e bioelettronica e ultimo autore della pubblicazione. Tuttavia, il metodo può già essere utilizzato per localizzare tutte le proteine di trasporto di una cellula vivente.

Inoltre, il nuovo sensore consente ai ricercatori di guardare all'interno delle cellule. La punta del nanosensore, infatti, è così sottile da poter perforare la membrana cellulare senza causare danni permanenti. Una volta all'interno, è possibile analizzare ciò che viene secreto dal nucleo della cellula. "I frammenti di RNA sono particolarmente interessanti", spiega V?r?s. Questi forniscono informazioni sulle proteine che una cellula sta producendo, un fattore importante nello sviluppo di molte malattie".

"Il nostro metodo offre ai biologi possibilità completamente nuove per studiare il comportamento delle singole cellule", afferma V?r?s. Non solo per quanto riguarda le differenze tra cellule sane e malate, ma anche per lo sviluppo delle cellule staminali o per capire se le cellule si comportano in laboratorio come nel corpo. In futuro, dovrebbe essere possibile rispondere a molte altre domande utilizzando questo nuovo metodo.